[發(fā)明專利]一種霍普金森桿的彈性波速測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210388811.8
• 申請(qǐng)日: 2022-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN114812784A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高波;馮家臣;張彬;陳春曉;王偉;盧振宇;王緒財(cái);彭剛;孫巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號(hào): G01H5/00
• 分類號(hào): G01H5/00
• 代理公司: 山東祺智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37361
• 代理人: 孟繁修

本發(fā)明屬于霍普金森桿測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種霍普金森桿的彈性波速測(cè)量方法，包括以下步驟：1、組裝用于測(cè)量彈性波速的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：發(fā)射氣炮、打擊桿、設(shè)備保護(hù)裝置和激光干涉測(cè)速系統(tǒng)，發(fā)射氣炮、霍普金森桿、設(shè)備保護(hù)裝置和激光干涉測(cè)速系統(tǒng)依次水平排列。2、沖擊試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集，通過激光干涉測(cè)速系統(tǒng)，對(duì)彈性波傳播至被測(cè)霍普金森桿的自由端面時(shí)引起的速度信號(hào)進(jìn)行采集。3、測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算。本發(fā)明的試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，搭建試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)經(jīng)濟(jì)方便，激光干涉測(cè)速系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高，使用激光干涉測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量霍普金森桿的彈性波速具有操作簡(jiǎn)便、非接觸、可重復(fù)性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于霍普金森桿測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種霍普金森桿的彈性波速測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在各類工程技術(shù)、軍事技術(shù)和科學(xué)研究中，人們通常遇到各種沖擊爆炸問題，對(duì)于此類動(dòng)態(tài)沖擊問題，應(yīng)變率高達(dá)10²-10⁴s^-1，力學(xué)響應(yīng)與準(zhǔn)靜態(tài)載荷加載下截然不同。目前，霍普金森桿試驗(yàn)系統(tǒng)是測(cè)試多種材料，包括金屬、陶瓷、混凝土、復(fù)合材料、巖石等工程材料在高應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的最常見的實(shí)驗(yàn)手段，并擴(kuò)展到加速度計(jì)傳感器標(biāo)定等領(lǐng)域。

分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)中，通過入射桿上的應(yīng)變片得到入射波的應(yīng)變信號(hào)，通過透射桿上的應(yīng)變片得到透射波應(yīng)變信號(hào)，接入惠斯通電橋及后續(xù)信號(hào)放大、采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，從而測(cè)得材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

數(shù)據(jù)計(jì)算及處理公式如下：

式中：ε_I、ε_T分別為入射波、透射波引起的被測(cè)霍普金森桿的應(yīng)變值；C_B為霍普金森桿的彈性波速；l_S為試樣的原始長度；A_B、A_S分別為霍普金森桿的截面積和試樣的原始截面積；E_B為霍普金森桿的彈性模量。由霍普金森桿試驗(yàn)原理可知，應(yīng)變是試驗(yàn)過程中需要測(cè)量的關(guān)鍵量值，而被測(cè)霍普金森桿彈性波速C_B是應(yīng)變計(jì)算所用的常數(shù)參量，彈性波速參數(shù)準(zhǔn)確與否是影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。

目前，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定霍普金森桿的彈性波速的方法為，在被測(cè)霍普金森桿不同位置粘貼兩處應(yīng)變片，測(cè)定彈性波經(jīng)過兩處應(yīng)變片的時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算得出彈性波速。此測(cè)定方法的準(zhǔn)確度嚴(yán)重依賴應(yīng)變片手工粘貼精度，人為操作誤差大，測(cè)量重復(fù)性差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決通過應(yīng)變片測(cè)量霍普金森桿的彈性波速試驗(yàn)操作繁瑣、人為操作誤差大的問題，本發(fā)明提供一種使用激光干涉測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量霍普金森桿的彈性波速的方法，使用激光干涉測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量霍普金森桿自由端面速度，獲得彈性波自打擊端面?zhèn)鞑ブ磷杂啥嗣娴臅r(shí)間間隔，計(jì)算出霍普金森桿的彈性波速。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種霍普金森桿的彈性波速測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1、組裝用于測(cè)量彈性波速的試驗(yàn)系統(tǒng)。

所述的試驗(yàn)系統(tǒng)包括：發(fā)射氣炮、打擊桿、設(shè)備保護(hù)裝置、激光干涉測(cè)速系統(tǒng)，發(fā)射氣炮、霍普金森桿、設(shè)備保護(hù)裝置和激光干涉測(cè)速系統(tǒng)依次水平排列，設(shè)備保護(hù)裝置內(nèi)設(shè)置前后貫通的測(cè)試窗，激光干涉測(cè)速系統(tǒng)發(fā)射的激光光束穿過測(cè)試窗與被測(cè)霍普金森桿的桿軸線重合，打擊桿活動(dòng)設(shè)置在發(fā)射氣炮中，被測(cè)霍普金森桿的自由端面與設(shè)備保護(hù)裝置平行且保持一定間隙。

步驟2、沖擊試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集。

調(diào)節(jié)發(fā)射氣炮的發(fā)射驅(qū)動(dòng)氣壓，發(fā)射打擊桿對(duì)被測(cè)霍普金森桿進(jìn)行沖擊，在被測(cè)霍普金森桿的打擊端面產(chǎn)生一定幅值和脈寬的彈性波，彈性波沿被測(cè)霍普金森桿向后傳播至自由端面。通過激光干涉測(cè)速系統(tǒng)對(duì)彈性波傳播至被測(cè)霍普金森桿的自由端面時(shí)引起的速度信號(hào)進(jìn)行采集。

步驟3、測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算。