[發明專利]基于霍普金森壓桿系統的膠連動態剪切測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202110576704.3
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113281195B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 肖革勝;司博文;王鐵軍;樹學峰;熊蘅
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

1.一種基于霍普金森壓桿系統的膠連動態剪切測試裝置，其特征在于：包括膠連件和霍普金森壓桿系統；

所述膠連件包括三個搭接件、兩層膠層(1)以及聚四氟乙烯套筒(5)，三個搭接件分別為搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)，三個搭接件與兩層膠層(1)通過雙搭接方式互連，所述雙搭接方式為：搭接件Ⅰ(2)位于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的中部，所述搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)前后側平齊，所述搭接件Ⅰ(2)與搭接件Ⅱ(3)左右相互錯位、且通過膠層(1)連接，所述搭接件Ⅰ(2)與搭接件Ⅲ(4)亦為相互錯位、且通過另一膠層(1)連接，所述搭接件Ⅱ(3)與搭接件Ⅲ(4)以兩個膠層(1)的中線為軸對稱；所述搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的長度均為l₀，所述搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的厚度為t₀，所述搭接件Ⅰ(2)的厚度為2t₀，所述膠層(1)、搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的寬度均為b，所述膠層1的厚度為t_i、長度為l；所述聚四氟乙烯套筒(5)無縫套接于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的外側，所述聚四氟乙烯套筒(5)中空寬度為b，中空高度為4t₀+2t_i；所述搭接件Ⅰ(2)的波阻抗ρcA等于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)相加的總波阻抗，ρ–密度，c–彈性波速，A–橫截面積；

所述霍普金森壓桿系統包括驅動裝置(101)、入射桿(104)和透射桿(105)，所述驅動裝置(101)的右側驅動軸連接有撞擊桿(102)，所述入射桿(104)的左側端頭處設置有脈沖整形器(103)，所述透射桿(105)的右側設有吸收桿(106)，所述膠連件位于入射桿(104)和透射桿(105)之間，所述入射桿(104)和透射桿(105)各自的中部均設有應變片(108)，所述應變片(108)與超動態應變儀(109)連接，所述超動態應變儀(109)與數據采集系統(110)及計算機(111)連接。

2.權利要求1所述的一種基于霍普金森壓桿系統的膠連動態剪切測試裝置的測試方法，其特征在于：所述測試方法基于傳統霍普金森壓桿系統進行加載，具體為：測試前將搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)、搭接件Ⅲ(4)與膠層(1)經雙搭接方式互連，所形成的膠連件對中夾置于霍普金森壓桿系統的入射桿與透射桿中間，同時將聚四氟乙烯套筒(5)無縫套接于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的外側；之后通過霍普金森壓桿系統測試獲得入射桿(104)與透射桿(105)上應變片(108)所記錄的入射脈沖ε_i(t)、反射脈沖ε_r(t)及透射脈沖ε_t(t)信號，聚四氟乙烯套筒(5)的中空寬度為b、中空高度為4t₀+2t_i；

動態剪切測試過程中的膠連剪切應力–剪切應變曲線通過入射桿(104)與透射桿(105)上所采集的應變片(108)信號經三波公式計算得到，動態測試過程中的實時剪切應力τ(t)為：

其中，A_B和E_B分別為入射桿及透射桿的橫截面積和彈性模量，ε_i(t)和ε_r(t)分別為入射桿上所采集的入射應變脈沖與反射應變脈沖，ε_t(t)為透射桿上所采集的透射應變脈沖，b為膠層(1)的寬度，也是搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)、搭接件Ⅲ(4)的寬度，l為膠層(1)的長度；動態測試過程中的實時剪切應變γ(t)為：

其中c₀為入射桿及透射桿中的彈性波速，t₀為搭接件Ⅱ(3)與搭接件Ⅲ(4)的厚度、2t₀為搭接件Ⅰ(2)的厚度，b和E分別為搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的寬度與彈性模量，l₀為搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)與搭接件Ⅲ(4)的長度，t_i為膠層厚度；

計算得到實時剪切應力τ(t)與剪切應變γ(t)及相應的膠連動態剪切應力–剪切應變曲線，當變換膠層厚度t_i及套筒中空高度4t₀+2t_i時，實現不同膠層厚度下的膠連動態剪切測試表征。

3.根據權利要求2所述的一種基于霍普金森壓桿系統的膠連動態剪切測試裝置的測試方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯套筒(5)保證了膠層(1)的純剪切狀態，且后續數據處理過程中消除了搭接件彈性變形對膠連動態剪切應變γ(t)有效獲取的影響。