技術領域

本發明涉及材料的動態力學性能測試的裝置，具體說是一種基于電磁加載分離式霍普金森壓桿實驗裝置。?

背景技術

目前，在材料科學領域中測量材料在高應變率下的力學性能時使用最廣泛的就是分離式霍普金森壓桿技術。這一方法的基本原理是：將短試樣置于兩根壓桿之間，通過加速的質量塊，短桿撞擊或者爆炸產生的加速脈沖，對試樣進行加載。同時利用粘在壓桿上并距桿端部一定距離的應變片來記錄脈沖信號。如果壓桿保持彈性狀態，那么桿中的應力脈沖將以彈性波速無失真地傳播。這樣粘貼在壓桿上的應變片就能夠測量到作用于桿端的載荷隨時間的變化歷程。?

然而，目前在分離式霍普金森壓桿實驗裝置中產生入射波的普遍方式是通過氣槍將撞擊桿高速發射，與入射桿同軸撞擊產生入射脈沖。這種方法的缺點在于：由于每次發射時撞擊桿在氣槍中的安裝位置不盡相同，且撞擊速度與氣壓的對應關系很難確定，因此無法準確地控制入射波的幅值，所以需要嘗試多次實驗才能得到所需的應變率。其次，對于應變率跨度過大的實驗，由于氣槍氣壓的限制，需要更換撞擊桿的長度來得到不同的應變率，應變率越高，所用撞擊桿越短，實驗中產生的應力波寬度越短，這就限制了實驗所得到的應變范圍，而且操作繁瑣，而且由于撞擊桿的發射速度有一個下限，某些更低的應變率在實際試驗中無法用傳統霍普金森壓桿得到。由于不同的實驗系統參數也不同，使得分離式霍普金森壓桿實驗技術的規范化一直是一個國際性的難題。?

20世紀60年代美國波音公司為解決普通鉚接存在的問題，由Huber?A?Schmitt等人率先開始研究電磁鉚接技術,并于1968年申請了強沖擊電磁鉚接裝置的專利。1986年Zieve?Peter研制成功低壓電磁鉚接,解決了高壓鉚接在鉚接質量及推廣應用方面存在的問題,從而使電磁鉚接技術得到較快發展。電磁鉚接技術已在波音、空客系列飛機制造中得到應用。如今，低壓電磁鉚接技術已經發展成熟，鉚接力的大小和持續時間可以得到比較精確的控制。如果將電磁鉚槍中產生的應力脈沖應用到分離式霍普金森壓桿中代替傳統分離式霍普金森壓桿中的氣槍，將會使分離式霍普金森壓桿實驗技術?的規范化成為可能。本發明的目的就是將電磁鉚接裝置和分離式霍普金森壓桿結合。?

發明內容

為克服現有技術中存在的入射波幅值難以控制，操作繁瑣以及應變范圍限制的不足，本發明提出了一種分離式霍普金森壓桿實驗裝置。?

本發明包括應變片、電磁鉚接裝置和分離式霍普金森壓桿，所述電磁鉚接裝置位于分離式霍普金森壓桿的入射桿一端，并使該電磁鉚接裝置上的電磁鉚槍的錐形頭小端與入射桿的入射端面充分接觸；所述電磁鉚槍與入射桿同軸；應變片粘貼在入射桿和透射桿上并且各應變片均通過數據線與數據采集系統的信號輸入端連接。?

本發明基于電磁力加載的分離式霍普金森壓桿實驗裝置上同軸順序安裝有電磁鉚槍、入射桿和透射桿，入射桿和透射桿之間夾有實驗所用的試樣，數據采集系統通過粘貼在入射桿和透射桿上的應變片采集數據。本實驗裝置中，通過調整電磁鉚接裝置直接產生應力脈沖，輸入到入射桿，使得所產生的脈沖信號可以根據實驗者的需要而比較準確地進行控制。實驗時，實際產生的應力波幅值可以通過電磁鉚接裝置的充電電壓進行控制，實際產生的應力波寬度可以通過調整電磁鉚接裝置的電容值進行控制。?

本發明無需對分離式霍普金森壓桿進行大的改動，只需用電磁鉚接裝置代替傳統分離式霍普金森壓桿系統中的氣槍。采用傳統的霍普金森壓桿試樣即可對試樣進行預期脈沖幅值和脈沖寬度下的加載，并且整個系統操作簡單，可控性強。本發明通過電磁方式對應力波進行控制的，當電磁鉚接裝置中的電容值不變時，同一個電壓對應的輸出應力波幅值也不變，當充電電壓不變時，同一個電容值對應的應力波寬度也不變，所以能夠實現對應力波的精確控制，實驗的重復性好。其次，由于是通過電磁加載產生的應力波，應力脈沖的寬度不像傳統撞擊方式那樣受撞擊桿長度的限制，所以即使在高應變率下的材料試驗，本發明產生的應力波寬度也足夠長。由于以上優點，本發明可以實現分離式霍普金森壓桿實驗技術的規范化。?

圖1是將電磁鉚槍的應力波傳到一根1m長的φ12mm鋁桿上，然后通過粘貼在鋁桿中間的應變片所測出來的應力波，由圖可見，所測出來的入射應力波并沒有完全通過應變片，就與鋁桿另一端反射過來的應力波相遇并疊加，可見電磁鉚槍產生的應力波足夠長。由圖1可以看出，電磁鉚槍所產生的應力波形狀也接近傳統的分離式霍普金森壓桿所產生的波形，所以電磁鉚槍完全可以應用于分離式霍普金森壓桿實驗。?