[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

本發明涉及一種基于電磁力的高速撞擊性能測試裝置及方法，基于電磁鉚接技術，利用導向桿，沖擊力測試傳感器實現了復合材料、鈦合金材料、鋁合金材料等多種材料的高速撞擊加載試驗；本發明通過合理結構設計解決了現存撞擊試驗設備體積龐大的問題；本發明利用電磁力直接加載實現長脈寬撞擊測試加載，放電電壓控制最大等效沖擊速度，放電電容控制沖擊脈寬；本發明利用電磁力間接加載實現窄脈寬撞擊測試加載，放電電壓控制沖擊速度，驅動頭形狀控制沖擊脈寬。本發明利用電磁力加載，撞擊速度高，安全性高，重復性高，撞擊載荷幅值和脈寬精確控制。

技術領域

本發明屬于材料的撞擊力學性能測試領域，具體涉及一種材料的高速撞擊試驗裝置及方法。

背景技術

在很多情況下，材料受著撞擊載荷的作用，例如飛鳥撞擊、太空垃圾撞擊、車禍撞擊等。撞擊載荷作用下，材料的力學性能響應與準靜態加載下有很大不同，隨著撞擊速度的增加，材料通常表現出剛度上升、屈服應力增加、失效模式對應變率敏感等現象。為了滿足材料撞擊性能的設計和優化要求，準確有效的對材料撞擊力學性能進行測試十分必要。

目前，材料撞擊試驗的常用加載方式包括重力加載(如落錘和擺錘試驗)、空氣炮加載(如鳥撞試驗)、炸藥爆炸加載(如炮彈穿甲試驗)等。重力加載方法簡單可靠，但撞擊速度受高度限制，撞擊速度較低，例如20m·s^-1撞擊速度要求加載設備的撞擊頭高度約為20米。實際中，車禍撞擊速度可達45m·s^-1以上，民用飛機鳥撞速度約250m·s^-1，殲擊機鳥撞速度可達600m·s^-1以上，太空垃圾撞擊速度甚至上千米每秒，這些情況下重力加載顯然無法滿足材料高速撞擊力學測試要求?？諝馀诤驼ㄋ幈虞d撞擊速度較高，但加載重復性低，速度偏差大，不容易調整，且存在一定安全隱患。專利公開號為104776965A的中國發明專利公開了一種可調式撞擊試驗裝置及方法，通過1號手拉葫蘆調整擺錘并用滑鉤將其固定在初始高度，2號手拉葫蘆拉動滑鉤釋放擺錘，擺錘重力勢能轉換為動能撞擊試件，改變擺錘的初始高度和更換不同質量的擺錘，可提供不同撞擊速度和能量，但是該裝置存在體積大、加載重復性差、難以實現高速加載等缺點。專利申請號為201710399113.7的中國專利公開了一種機械連接接頭高速沖擊試驗裝置及試驗方法，可以用電磁力實現機械連接接頭的剪切和拉脫試驗，但是無法實現材料的撞擊性能測試，更沒有提出合理的撞擊加載方法。

電磁撞擊力加載設備具有可控性好、穩定性強、安全性高、加載重復性高、易實現高速加載、結構緊湊等優點。如果將電磁撞擊力應用到材料撞擊性能測試中，可解決撞擊速度低、難以調整撞擊速度、加載重復性低及穩定性差等諸多問題，有利于優化和提高撞擊試驗設備性能，為提高和優化材料撞擊防護研究提供先進的測試手段，工程效益和經濟效益明顯。

發明內容

要解決的技術問題

為了解決材料高速撞擊試驗存在的測試設備體積龐大、高速撞擊難以實現、撞擊加載重復度低等問題，本發明提供了一種基于電磁力的高速撞擊性能測試裝置及方法。

技術方案