[發明專利]雙軸雙向壓縮加載裝置及其方法

在審

• 申請號: 201811137384.6
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109297811A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 李玉龍;金康華;劉琛琳;索濤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02
• 代理公司: 北京金岳知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11585
• 代理人: 王中;張碩

本申請公開一種雙軸雙向壓縮加載裝置及其方法，其中該裝置包括：加載平臺、控制系統和試樣；加載平臺進一步包括：波導桿裝置、壓縮加載裝置和數據采集器；波導桿設置于同一個水平面且相鄰的波導桿相互垂直；壓縮加載裝置包括四臺壓縮加載槍；數據采集器用于采集各波導桿產生的應變信號；試樣被夾持于各波導桿的近端；控制系統進一步包括：充放電模塊和電容器組模塊；充放電模塊用于對電容器組模塊進行充放電；電容器組模塊用于對壓縮加載裝置進行放電；壓縮加載槍用于生成壓縮應力波，所述壓縮應力波由波導桿的遠端向所述試樣傳播，以使在橫向和縱向對稱加載所述試樣。本申請能夠實現電磁霍普金森桿的雙軸雙向動態壓縮加載。

技術領域

本發明涉及材料在動態雙軸雙向加載下力學性能測試技術，尤其涉及一種雙軸雙向壓縮加載裝置及其方法。

背景技術

分離式霍普金森桿實驗技術是研究材料在中高應變率下力學性能的主要實驗方法。這一方法的基本原理是：將短試樣置于兩根拉桿或者壓桿之間，通過某種方式對入射桿輸入壓縮應力波，對試樣進行加載。同時利用粘在拉桿或壓桿上并距桿端部一定距離的應變片來記錄脈沖信號。如果拉桿或壓桿保持彈性狀態，那么桿中的脈沖將以彈性波速無失真地傳播。這樣粘貼在拉桿或壓桿上的應變片就能夠測量到作用于桿端的載荷隨時間變化的歷程。

對于分離式霍普金森拉桿或壓桿，產生入射波的普遍方式是通過氣槍將撞擊桿高速發射，通過與入射桿同軸撞擊產生入射脈沖。這種直接撞擊加載的方式產生的加載波近似為方波，上升前沿較短，且波頭上疊加了由直接碰撞引起的高頻分量，需通過入射波整形技術進行改進。根據一維應力波理論，即可得到材料在單軸應力狀態下中高應變率的力學行為。

然而結構和材料在服役過程中受到的載荷較為復雜，常處于多軸應力狀態下。目前，霍普金森桿實驗技術多用于測量材料的單軸拉壓行為。這是由于采用機械碰撞的方式產生入射脈沖，不同加載方向的應力波，無論是波形的幅值與脈沖寬度，還是到達試樣端面對其進行加載的時間，都無法保持一致，因而動態雙軸雙向壓縮加載實驗技術難以實現。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種雙軸雙向壓縮加載裝置及其方法，以解決現有技術存在的無法實現雙軸雙向應力波同步壓縮加載的問題。

為了解決上述問題，根據本發明實施例提出一種雙軸雙向壓縮加載裝置，其包括：包括：加載平臺、控制系統和試樣；所述加載平臺進一步包括：波導桿裝置、壓縮加載裝置和數據采集器；所述波導桿裝置包括呈十字設置的四根方形波導桿，所述四根波導桿設置于同一個水平面且相鄰的波導桿相互垂直；所述壓縮加載裝置包括四臺壓縮加載槍，所述四臺壓縮加載槍一一對應設置于所述四根波導桿的遠端；所述數據采集器用于采集各波導桿產生的應變信號；所述試樣為帶倒角的方形形狀，所述試樣被夾持于各波導桿的近端；所述控制系統進一步包括：充放電模塊和電容器組模塊；所述充放電模塊與所述電容器組模塊連接，用于對所述電容器組模塊進行充放電；所述電容器組模塊用于對所述壓縮加載裝置進行放電；其中，所述壓縮加載槍用于生成壓縮應力波，所述壓縮應力波由波導桿的遠端向所述試樣傳播，以使在橫向和縱向對稱加載所述試樣。

其中，所述壓縮加載裝置包括：二臺縱向壓縮加載槍，用于在縱向對稱加載所述試樣；二臺橫向壓縮加載槍，用于在橫向對稱加載所述試樣；其中，所述二臺縱向壓縮加載槍和所述二臺橫向壓縮加載槍設置于同一個水平面，且同一軸向的壓縮加載槍產生的壓縮應力波的幅值和脈寬相同，而不同軸向的壓縮加載槍產生的壓縮應力波的幅值和脈寬不相同。

其中，所述加載平臺還包括：應變片，其設置在各波導桿的中間位置處，所述應變片采集各波導桿的應變信號并將所述應變信號發送至所述數據采集器。

其中，所述控制系統還包括：延時信號發生器，用于控制各壓縮加載槍同時產生壓縮應力波。

其中，所述試樣的加載接觸面與波導桿的截面積相同。

其中，所述試樣的材料為純銅。