[發明專利]一種基于電磁力的高速撞擊性能測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201811090929.2
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109297842A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 曹增強;黨成龍;鄭國;常亞南;李可;包程凱
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;陜西旭航電磁科技有限公司
• 主分類號: G01N3/38
• 分類號: G01N3/38;G01N3/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于電磁力的高速撞擊性能測試裝置，其特征在于包括沖擊力測量傳感器(1)、錐形頭(2)、感應線圈(3)、放電線圈(4)、導向桿(5)、固定板(6)、向桿擋塊(7)、支座(8)、工作臺(9)、試件(10)、放電電容(11)、等效電阻(12)和放電開關(13)；沖擊力測量傳感器(1)為沖擊力專用力測量器，其半球形撞擊頭用于撞擊試件(10)；錐形頭(2)中心開螺紋孔，與沖擊力測量傳感器(1)螺接；感應線圈(3)為圓餅狀紫銅板，中心開圓形通孔，產生感應磁場，與錐形頭(2)螺接構成驅動頭；放電線圈(4)為帶中心圓孔的餅狀線圈，產生強磁場，通過高強度螺栓緊固于工作臺(9)上，工作臺(9)兩端設有兩個支座(8)；固定板(6)螺接于工作臺(9)上，中心開圓形通孔；導向桿(5)前端通過螺紋與錐形頭(2)連接，中間和末端為光桿，末端穿過固定板(6)，與固定板(6)的通孔間隙配合，由固定板(6)支撐、導向，導向桿(5)末梢帶有導向桿擋塊(7)，防止錐形頭(2)、感應線圈(3)、導向桿(5)和沖擊力測量傳感器(1)由于撞擊力過大飛離工作臺(6)；試件(10)由撞擊試驗專用夾具固定在沖擊力測量傳感器(1)的一側；放電電容(11)、等效電阻(12)和放電開關(13)組成了放電線圈(4)的放電回路RLC，當放電開關(13)閉合后，放電電容(11)在放電線圈(4)瞬時放電。

2.一種采用權利要求1所述的基于電磁力的高速撞擊性能測試裝置實現的直接撞擊加載方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將導向桿(5)依次與固定板(6)、放電線圈(4)、感應線圈(3)間隙配合，與錐形頭(2)螺栓連接，感應線圈(3)與放電線圈(4)貼合，導向桿擋塊(7)距離固定板(6)為50mm；

步驟2：將試件(10)由撞擊試驗專用夾具固定于沖擊力測量傳感器(1)的撞擊頭一側，并與錐形頭(2)緊密貼合；

步驟3：根據所需的電磁力脈寬選擇放電電容的電容量：

其中：T為電磁力脈寬；L為放電回路等效電感值；C為放電電容的電容量；R為放電回路等效電阻的阻值；

步驟4：外電路對放電電容(11)充電到特定電壓；

步驟5：閉合放電開關(13)，放電電容(11)對放電線圈(4)放電激發變化的強磁場，感應線圈(3)感生渦流電場并產生電磁斥力，電磁斥力傳入沖擊力測量傳感器(1)的撞擊頭，最后對試件(10)實施撞擊加載，測得特定電壓下力-時間函數F(t)，通過多次撞擊加載找到加載電壓值與所需撞擊能的關系：

步驟6：根據試驗所需撞擊能大小，設置相對應的放電電壓，對試件(10)進行撞擊，沖擊力測量傳感器(1)測得力-位移數據；

步驟7：對沖擊力測量傳感器測得的力-位移數據進行處理，最終獲得撞擊載荷下試件力-位移響應曲線。

3.一種采用權利要求1所述的基于電磁力的高速撞擊性能測試裝置實現的間接撞擊加載方法，其特征在于測試裝置還包括測速裝置(14)，測速裝置(14)固定于錐形頭(2)一側，用以測量錐形頭(2)實際速度；步驟如下：

步驟1：將導向桿(5)依次與固定板(6)、放電線圈(4)、感應線圈(3)間隙配合，與錐形頭(2)螺接；感應線圈(3)與放電線圈(4)貼合，導向桿擋塊(7)距離固定板(6)為250mm；

步驟2：將試件(10)由撞擊試驗專用夾具固定于沖擊力測量傳感器(1)的撞擊頭一側，試件(10)距離沖擊力測量傳感器(1)為200mm；

步驟3：根據所需沖擊速度選擇放電電壓：

其中，V為撞擊速度，m為感應線圈、錐形頭和沖擊力測量傳感器的總質量，T為電磁力脈寬；

步驟4：外電路對放電電容(11)充電至步驟2所設置的放電電壓，閉合放電開關(13)，放電電容(11)對放電線圈(4)放電，利用高速攝像機(14)測量錐形頭(2)和感應線圈(3)的實際速度，調整放電電壓使實際速度與測量要求一致；

步驟5：放電電容(11)充電到步驟4調整后的放電電壓，閉合放電開關(13)，放電電容(11)對放電線圈(4)放電，感應線圈(3)與放電線圈(4)產生電磁斥力，電磁斥力對感應線圈(3)、導向桿(5)、錐形頭(2)和沖擊力測量傳感器(1)加速，感應線圈(3)、導向桿(5)、錐形頭(2)和沖擊力測量傳感器(1)飛離放電線圈(3)并高速撞擊試件(10)，沖擊力測量傳感器(1)記錄試件(10)力-位移數據；

步驟6：對試件(10)的力-位移數據進行處理，獲得撞擊載荷下撞擊試件(10)的力-位移響應曲線。