[發(fā)明專(zhuān)利]復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110278221.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113063682A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹增強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陜西大工旭航電磁科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/317
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/317;G01N3/04
• 代理公司: 江蘇長(zhǎng)德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32478
• 代理人: 周天雯

本發(fā)明公開(kāi)了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法，屬于動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，包括控制電路系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)。基于電磁加載技術(shù)，控制電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加載系統(tǒng)充放電控制，加載系統(tǒng)對(duì)材料實(shí)施加載，信號(hào)采集系統(tǒng)采集加載過(guò)程中材料應(yīng)變和時(shí)間特征。控制電路系統(tǒng)利用同一放電可控硅同時(shí)對(duì)4個(gè)放電線圈放電，實(shí)現(xiàn)了雙軸雙向同步加載。加載系統(tǒng)根據(jù)支路放電線圈的電磁力峰值與支路等效電阻的依存關(guān)系，利用支路等效電阻對(duì)電磁力峰值進(jìn)行補(bǔ)償，保證了4個(gè)放電線圈道德電磁加載力峰值相同，實(shí)現(xiàn)了雙軸雙向等效加載。此外，本發(fā)明通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)，統(tǒng)一了雙軸雙向霍普金森壓桿和拉桿實(shí)驗(yàn)加載測(cè)試，擴(kuò)展了測(cè)試范圍，減小了設(shè)備體積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在航空航天、兵器等領(lǐng)域材料經(jīng)常受到?jīng)_擊、爆炸等動(dòng)態(tài)載荷的作用，材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測(cè)量對(duì)于結(jié)構(gòu)抗沖擊、抗爆炸優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。霍普金森桿是測(cè)量材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的有效手段，通常包括霍普金森拉桿和霍普金森壓桿，拉桿用于測(cè)量材料單軸動(dòng)態(tài)拉伸性能，壓桿用于測(cè)量材料單軸動(dòng)態(tài)壓縮性能。

實(shí)際服役中材料通常處于多軸復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，材料多軸應(yīng)力狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試對(duì)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。然而，傳統(tǒng)的霍普金森拉/壓桿測(cè)試技術(shù)通常采用空氣炮加速短桿，利用短桿撞擊入射桿產(chǎn)生加載應(yīng)力波，加載速度重復(fù)度誤差較大，且短桿加速過(guò)程難以精確控制，無(wú)法滿(mǎn)足材料多軸動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)量對(duì)多軸加載同步性和等效性的苛刻要求。

與傳統(tǒng)的基于空氣炮加載的霍普金森桿相比，基于電磁加載的霍普金森桿具有體積小、加載可控性好、加載精度高等諸多優(yōu)勢(shì)。專(zhuān)利號(hào)為201810121019.X和201811137384.6的專(zhuān)利分別公開(kāi)了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法動(dòng)態(tài)雙軸雙向拉伸加載裝置及試驗(yàn)方法和雙軸雙向壓縮加載裝置及其方法，以上專(zhuān)利采用電磁力作為加載力，提高了加載應(yīng)力波的可控性和加載精度，同時(shí)利用延時(shí)信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)不同方向加載波時(shí)間上的同步。然而，由于環(huán)境的影響，放電可控硅放電延遲具有不確定性，延時(shí)信號(hào)發(fā)生器難以完全保證多軸加載同步放電，且延時(shí)信號(hào)發(fā)生器價(jià)格昂貴。此外，以上專(zhuān)利僅能實(shí)現(xiàn)多軸拉伸或多軸壓縮，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)多軸拉/壓測(cè)試，且橫向和縱向電容組和四個(gè)放電線圈存在制造誤差，導(dǎo)致每個(gè)加載線圈激發(fā)的電磁力加載波峰值將存在差異，各軸的加載等效性無(wú)法保證。專(zhuān)利號(hào)為201810120975.6的專(zhuān)利公開(kāi)了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法單軸雙向加載分離式霍普金森壓桿及拉桿裝置和實(shí)驗(yàn)方法，該專(zhuān)利通過(guò)將兩個(gè)電磁力加載槍并聯(lián)在電容組和放電可控硅上，實(shí)現(xiàn)同步加載。但該專(zhuān)利采用兩個(gè)放電可控硅分別控制兩個(gè)放電線圈放電，放電可控硅放電延遲誤差仍然存在，且放電線圈制造誤差引起的電磁力加載波峰值不同難以避免，多向同步等效加載無(wú)法完全保證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，包括用于對(duì)材料實(shí)施加載的加載系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)加載系統(tǒng)充放電控制的控制電路系統(tǒng)，以及用于采集加載過(guò)程中材料應(yīng)變和時(shí)間特征的信號(hào)采集系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述加載系統(tǒng)主要包括1號(hào)橫向加載槍、2號(hào)橫向加載槍、1號(hào)縱向加載槍、2號(hào)縱向加載槍、4根加載桿和試件。

進(jìn)一步地，所述1號(hào)橫向加載槍包括橫向拉伸1號(hào)支路等效電阻RT-X1、橫向拉伸1號(hào)放電線圈、橫向拉伸1號(hào)次級(jí)線圈、橫向拉伸1號(hào)應(yīng)力波放大器、橫向壓縮1號(hào)支路等效電阻RB-X1、橫向壓縮1號(hào)放電線圈、橫向壓縮1號(hào)次級(jí)線圈、橫向壓縮1號(hào)應(yīng)力波放大器和橫向1號(hào)加載槍基座。

進(jìn)一步地，4根所述加載桿完全相同，包括橫向1號(hào)加載桿、橫向2號(hào)加載桿、縱向1號(hào)加載桿和縱向2號(hào)加載桿；

橫向1號(hào)加載桿一端與1號(hào)橫向加載槍相連，另一端與試件連接，對(duì)試件左側(cè)實(shí)施拉/壓加載；