[發明專利]脆性材料動態斷裂的力學和電磁響應同步測試系統及方法

在審

• 申請號: 201911044994.6
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110715865A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 劉志祥;張慶明;王駿輝;葉姣
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業規劃研究院
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307;G01N3/06;G01R29/08
• 代理公司: 32205 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉振祥

一種脆性材料動態斷裂的力學和電磁響應同步測試系統及方法，系統：包括霍普金森桿加載子系統、載荷位移測試子系統、試樣子系統、天線測試子系統和電磁屏蔽子系統，試樣表面貼設電極和應變片。方法：建立連接及電磁屏蔽；彈射撞擊并觸發示波器，由示波器輸出入射波、透射波和反射波波形圖，計算載荷、位移和加載率；由示波器輸出試樣的應變曲線、輸出試樣電極測定的表面電荷曲線；由示波器輸出磁接收天線和電接收天線的電磁輻射波形圖；確定出應力波到達時刻、斷裂起始和結束時刻力學和電磁響應的時間序列并計算裂紋擴展速度。該系統和方法能對脆性材料的力學和電磁響應特性進行同步測試，有助于精確研究脆性材料的動態斷裂力學和電磁響應特點。

技術領域

本發明屬于脆性材料測試技術領域，具體是一種脆性材料動態斷裂的力學和電磁響應同步測試系統及方法。

背景技術

脆性材料如玻璃、陶瓷、巖石、煤、冰、半導體、無機鹽等在斷裂時，很容易產生電荷分離，分離電荷振蕩能夠產生不同頻率的電磁響應。在工程實際上，脆性材料產生的失穩，是動力學災害的重要成因之一。脆性材料動態斷裂普遍存在于地震監測、采礦工程、爆破工程、防護工程等領域，本發明是一種研究脆性材料動態斷裂的實時、遠距離和非接觸且行之有效的測試實驗系統及方法。

對于脆性材料，需要從力學和電磁兩個角度對其動態斷裂的機理進行綜合研究，才能準確地評價其特性。現有技術中，對于脆性材料的力學特性具有一些實驗加載手段，而且測試精度有限，而對于脆性材料的電磁學響應測定的實驗加載手段則較少，因此，現有技術并不能準確地研究脆性材料的特性。本發明是一項針對脆性材料動態斷裂特性進行測量，精度較高且簡單易行的方法。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種脆性材料動態斷裂的力學和電磁響應同步測試系統，該系統能對脆性材料的力學和電磁響應特性進行同步地測試，有助于精確研究脆性材料的動態斷裂力學和電磁響應特性。

為了實現上述目的，本發明提供一種脆性材料動態斷裂的力學和電磁響應同步測試系統，包括霍普金森桿加載子系統、載荷位移測試子系統、試樣子系統、天線測試子系統和電磁屏蔽子系統；

所述霍普金森桿加載子系統包括由左到右依次同軸心設置的彈膛體、撞擊桿、變截面桿、入射桿、透射桿、吸收桿和阻尼器；

所述載荷位移測試子系統包括入射桿應變片、透射桿應變片、超動態應變儀和高性能示波器；

所述試樣子系統包括試樣、試樣應變片和試樣電極；

所述天線測試子系統包括測定磁分量的磁接收天線和測定電分量的電接收天線；

所述電磁屏蔽子系統為法拉第電磁籠；

所述彈膛體具有軸向的彈膛，撞擊桿滑動地裝配于彈膛內，變截面桿過渡連接其左側的外徑較小的小圓柱段和其右側的外徑較大的入射桿并形成一個整體，吸收桿和阻尼器用于吸收傳遞多余的應力波能量；

所述入射桿應變片、透射桿應變片分別貼在入射桿與透射桿上；

所述試樣由脆性材料制成，可用于多種斷裂實驗，試樣夾持在入射桿與透射桿之間，所述試樣應變片和試樣電極布置在試樣上，且位于應力波同時到達的對稱兩側；

所述磁接收天線和電接收天線均布置在法拉第電磁籠內部，用于根據需要測定不同方向電磁輻射的磁分量和電分量；

所述法拉第電磁籠由銅網編織而成，設置在入射桿和透射桿之間，用于將試樣、磁接收天線和電接收天線與外界電磁環境隔離；

入射桿應變片、透射桿應變片、試樣應變片均通過同軸電纜線與超動態應變儀連接，超動態應變儀、試樣電極、磁接收天線和電接收天線均通過同軸電纜線與高性能示波器連接。

作為一種優選，所述磁接收天線為環形天線，所述電接收天線為鞭狀天線。