[發明專利]一種實現超高可控應變率的動態沖擊剪切裝置及方法

在審

• 申請號: 202010034378.9
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111122355A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 付秀麗;時啟航;潘永智;周彬;門秀花;王慧
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 周春鳳

本發明公開了一種實現超高可控應變率的動態沖擊剪切裝置及方法，包括底座、輕氣炮、螺栓、彈子、磁電式速度測量裝置、試樣、試樣夾持器、輸出桿、固定裝置、應變片、吸收桿、阻尼器、螺母、試樣位置、對中孔、鍵槽等結構。其中，底座、輕氣炮、螺栓、彈子、磁電式速度測量裝置、試樣、試樣夾持器、輸出桿、固定裝置、吸收桿、阻尼器沿軸線依次分布。本發明利用輕氣炮作為驅動裝置，應變率能實現超高(10⁴～10⁷s^?1量級)、可控加載，可以重現高速切削過程中的絕熱剪切行為。

技術領域

本發明涉及材料動態力學性能研究領域，尤其涉及一種實現超高可控應變率的動態沖擊剪切裝置及方法。

背景技術

霍普金森剪切裝置是研究材料動態力學性能的主要裝置，可以得到材料在高應變率(10²～10⁵s^-1)下的力學性能參數。目前的分離式霍普金森壓桿裝置是通過入射桿沖擊試樣的方式實現加載。這種方法的缺點在于：為了保證獲得完整的入射波形和反射波形，入射桿的長度遠大于輸出桿的兩倍，在實際加工中，入射桿加工難度較大，這就導致裝置加工成本較高。其次，裝置使用氣槍作為驅動源，由于撞擊速度與氣壓的對應關系難以確定，因此無法準確控制試驗時的應變率，需要嘗試多次試驗才能達到所需應變率。無法實現應變率可控。

并且，輕合金例如鈦合金、鋁合金等由于其優良的綜合性能被廣泛應用于航空航天部件中，其主要的加工方式為高速切削。高速切削過程中材料處于“高應變率(10⁶s^-1)、大應變、高溫”條件下。而目前常用的霍普金森剪切裝置的應變率能達到10⁵s^-1，不能實現高速切削過程中的高應變率加載。因此，其難以得到鈦、鋁等航空輕合金在超高應變率加載下的動態力學性能。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出一種實現超高可控應變率的動態沖擊剪切裝置及方法，以實現超高可控應變率加載下的材料力學性能的測量。

本發明提供的超高可控應變率的動態沖擊剪切裝置的技術方案是：一種實現超高可控應變率的動態沖擊剪切裝置及方法，包括底座、輕氣炮、螺栓、彈子、磁電式速度測量裝置、試樣、試樣夾持器、輸出桿、固定裝置、應變片、吸收桿、阻尼器、螺母、試樣位置、對中孔、鍵槽等結構。其中，底座、輕氣炮、彈子、磁電式速度測量裝置、試樣、試樣夾持器、輸出桿、固定裝置、吸收桿、阻尼器沿軸線依次分布。

所述磁電式速度測量裝置位于試樣夾持器和輕氣炮之間，且磁電式速度測量裝置靠近試樣夾持器一側。目的是為了更為準確的反饋彈子的瞬時速度，便于后續計算。

試樣夾持器中包含與輸出桿進行固定的鍵槽以及固定試樣的槽。

試樣裝在試樣夾持器中，彈子依次通過磁電式速度測量裝置、對中孔、試樣。

本發明提供的超高可控應變率的動態沖擊剪切方法是根據一維應力波假定和短試樣的應力/應變沿其長度均勻分布假定得到試樣的平均應力、應變率和應變。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

1.去掉入射桿，結構簡化，降低裝置成本和加工難度。

2.通過調整輕氣炮的氣壓大小調整彈子沖擊速度，實現速度可控，輕氣炮的彈子速度能達到10⁷m/s以上，試樣為薄試樣(標距(厚度)為1-2mm)，根據應變率等于沖擊速度除以試樣標距，實現可控、超高應變率(10⁷s^-1量級)加載。

附圖說明

圖1試驗裝置三維示意圖

圖2試驗裝置俯視圖

圖3彈子、試樣夾持器、磁電式速度測量裝置位置示意圖