一種材料高速拉伸試驗裝置及其試驗方法
2023-12-02 18:12:11 1
專利名稱：一種材料高速拉伸試驗裝置及其試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測定材料臨界衝擊拉伸速度的材料高速拉伸試驗裝置及其試 驗方法。
背景技術：
由於金屬材料在高速拉伸時的延展特性優於準靜態拉伸時的延展特性，因此金屬構 件的高速成型技術在機械領域被越來越廣泛地應用。然而，當拉伸速度超過某臨界值時， 延展特性會突然下降，此臨界值被稱為材料的臨界衝擊拉伸速度，其理論值與材料的塑 性波截止相對應。國外可用於研究材料臨界衝擊拉伸速度的試驗裝置是通過由飛輪驅動 的高速錘來衝擊拉伸試件，此裝置最早由美國WatertownArsenal實驗室建立，但是此裝 置在試驗中發現能夠獲得的衝擊拉伸速度及其測量精度均不高，因此無法獲得準確的材 料臨界衝擊拉伸速度。此外，由於目前國內外缺乏有效且高效的材料臨界衝擊拉伸速度 試驗裝置以及相關的理論研究，因此各種金屬材料的臨界衝擊拉伸速度數據比較稀缺。發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種材料高速拉伸試驗裝置及其試驗方法，用以 準確測定各種材料的臨界衝擊拉伸速度。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為 一種材料高速拉伸試驗裝置，它包 括用於高速發射彈丸的氣體炮管，所述的氣體炮管的出口處固定設置有基座，所述的基 座上設置有與所述的氣體炮管同軸的中心孔，所述的基座的端面上圍繞所述的中心孔設 置有至少三個均勻分布的試件固定孔，所述的試件固定孔的軸線與所述的中心孔的軸線 平行，所述的中心孔內同軸固定設置有套筒，所述的套筒的另一端垂直設置有與試件固 定連接的平面靶板，所述的套筒的側壁上設置有用於測量彈丸速度的第一測速電探針，所述的平面靶板的外側設置有用於測量試件拉伸速度的第二測速電探針。
所述的試件固定孔為螺紋孔，所述的平面靶板上設置有與所述的螺紋孔同軸對應的通孔，所述的平面靶板的外端面上設置有與試件螺紋連接的固定塊，所述的第二測速電探針設置在所述的固定塊的外側。
所述的第一測速電探針和所述的第二測速電探針均為高精度測速電探針，所述的第一測速電探針和所述的第二測速電探針的輸出端均連接有網絡信號源、時間間隔測量儀和高性能的示波器。
所述的基座、所述的套筒、所述的平面靶板和所述的固定塊的材料均為高強度鋼。 一種使用所述的材料高速拉伸試驗裝置的試驗方法，它包括以下步驟(1) 、將試件的一端與所述的試件固定孔連接，試件的另一端穿過所述的平面靶板 上的通孔並與固定塊連接，在試件的兩端與試件的主體之間設置過渡區，並使試件主體 的長徑比大於13;(2) 、將第二測速電探針安裝在所述的固定塊的外側；(3) 、從氣體炮中發射彈丸來平行衝擊平面革E板，使試件被快速拉伸，通過安裝在 所述的固定塊外側的第二測速電探針獲得試件的材料衝擊拉伸速度值；(4) 、調節彈丸衝擊平面靶板的速度，再重複上述的步驟，當試件在受衝擊拉伸端 附近斷裂而試件的其它部分無變形時，獲得的試件的材料衝擊拉伸速度值即為衝擊拉伸 速度的臨界值。與現有技術相比，本發明的優點在於充分發揮氣體炮高速驅動彈丸的能力，通過彈 丸衝擊平面靶板牽引多根拉伸試件，可滿足研究各種材料的臨界衝擊拉伸速度要求(每 秒數十米至數百米)，因在固定塊的外側設置有高精度的第二測速電探針，可以準確測 得試件受衝擊拉伸端的速度；當衝擊拉伸速度較小時，拉伸試件在固定端附近發生變形、 頸縮及斷裂；當衝擊拉伸速度增大時，試件的頸縮與斷裂位置逐漸離開固定端，當衝擊 拉伸速度達到某臨界值時，試件在受衝擊拉伸端附近發生斷裂，試件的其它部分幾乎無 變形，此臨界速度即為該試件材料的臨界衝擊拉伸速度實驗值；對於同一材料的試件而 言，由於隨機因素會存在一定的臨界衝擊拉伸速度差異，採用本裝置可對同一材料的多 根試件在同一衝擊拉伸條件下進行拉伸試驗，以獲得計及隨機因素的臨界衝擊拉伸速 度，而且也可以對不同材料的試件在同一衝擊拉伸荷載下進行拉伸對比試驗。
圖1為本發明結合試件的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖所示， 一種材料高速拉伸試驗裝置，它包括用於高速發射彈丸1的氣體炮管2， 氣體炮管2的出口處固定設置有基座3，基座3上設置有與氣體炮管2同軸的中心孔31, 中心孔31內同軸固定設置有套筒5，套筒5的另一端垂直設置有平面靶板8，基座3的 端面上圍繞中心孔31設置有三個均勻分布的螺紋孔32，螺紋孔32的軸線與中心孔31 的軸線平行，平面靶板8上設置有與螺紋孔32同軸對應的通孔81，平面耙板8的外端 面上設置有與試件6螺紋連接的固定塊9，套筒5的側壁上設置有用於測量彈丸1速度 的高精度的第一測速電探針10，固定塊9的外側設置有用於測量試件拉伸速度的高精度 的第二測速電探針7，第一測速電探針10和第二測速電探針7的輸出端均連接有網絡信 號源(圖中未顯示)、時間間隔測量儀(圖中未顯示)和高性能的示波器(圖中未顯示)， 基座3、套筒5、平面靶板8和固定塊9的材料均為高強度鋼。一種使用上述試驗裝置的試驗方法，它包括以下步驟(1) 、將試件6的一端與螺紋孔32連接，試件6的另一端穿過平面耙板8上的通 孔81並與固定塊9連接，在試件6的兩端與試件6的主體之間設置過渡區61，並使試 件6主體的長徑比大於13;(2) 、將第二測速電探針7安裝在固定塊9的外側；(3) 、從氣體炮中發射彈丸1來平行衝擊平面靶板8，使試件6被快速拉伸，通過 安裝在固定塊9外側的第二測速電探針7獲得試件6的材料衝擊拉伸速度值；(4) 、調節彈丸1衝擊平面靶板8的速度，再重複上述的步驟，當試件6在受衝擊 拉伸端附近斷裂而試件的其它部分無變形時，獲得的試件6的材料衝擊拉伸速度值即為 衝擊拉伸速度的臨界值。
權利要求
1、一種材料高速拉伸試驗裝置，其特徵在於它包括用於高速發射彈丸的氣體炮管，所述的氣體炮管的出口處固定設置有基座，所述的基座上設置有與所述的氣體炮管同軸的中心孔，所述的基座的端面上圍繞所述的中心孔設置有至少三個均勻分布的試件固定孔，所述的試件固定孔的軸線與所述的中心孔的軸線平行，所述的中心孔內同軸固定設置有套筒，所述的套筒的另一端垂直設置有與試件固定連接的平面靶板，所述的套筒的側壁上設置有用於測量彈丸速度的第一測速電探針，所述的平面靶板的外側設置有用於測量試件拉伸速度的第二測速電探針。
2、 如權利要求1所述的一種材料高速拉伸試驗裝置，其特徵在於所述的試件固定 孔為螺紋孔，所述的平面靶板上設置有與所述的螺紋孔同軸對應的通孔，所述的平面耙 板的外端面上設置有與試件螺紋連接的固定塊，所述的第二測速電探針設置在所述的固 定塊的外側。
3、 如權利要求1所述的一種材料高速拉伸試驗裝置，其特徵在於所述的第一測速 電探針和所述的第二測速電探針均為高精度測速電探針，所述的第一測速電探針和所述 的第二測速電探針的輸出端均連接有網絡信號源、時間間隔測量儀和高性能的示波器。
4、 如權利要求2所述的一種材料高速拉伸試驗裝置，其特徵在於所述的基座、所 述的套筒、所述的平面靶板和所述的固定塊的材料均為高強度鋼。
5、 一種使用權利要求1所述的材料高速拉伸試驗裝置的試驗方法，其特徵在於它 包括以下步驟(1) 、將試件的一端與所述的試件固定孔連接，試件的另一端穿過所述的平面靶板 上的通孔並與固定塊連接，在試件的兩端與試件的主體之間設置過渡區，並使試件主體的長徑比大於13;(2) 、將第二測速電探針安裝在所述的固定塊的外側；(3) 、從氣體炮中發射彈丸來平行衝擊平面靶板，使試件被快速拉伸，通過安裝在 所述的固定塊外側的第二測速電探針獲得試件的材料衝擊拉伸速度值；(4) 、調節彈丸衝擊平面靶板的速度，再重複上述的步驟，當試件在受衝擊拉伸端 附近斷裂而試件的其它部分無變形時，獲得的試件的材料衝擊拉伸速度值即為衝擊拉伸 速度的臨界值。
全文摘要
本發明公開了一種材料高速拉伸試驗裝置，特點是它包括用於高速發射彈丸的氣體炮管，氣體炮管的出口處固定設置有基座，基座上設置有與氣體炮管同軸的中心孔，基座的端面上圍繞中心孔設置有至少三個均勻分布的試件固定孔，試件固定孔的軸線與中心孔的軸線平行，中心孔內同軸固定設置有套筒，套筒的另一端垂直設置有與試件固定連接的平面靶板，套筒的側壁上設置有用於測量彈丸速度的第一測速電探針，平面靶板的外側設置有用於測量試件拉伸速度的第二測速電探針；優點是充分發揮氣體炮高速驅動彈丸的能力，通過彈丸衝擊平面靶板牽引多根拉伸試件，可滿足精確確定各種材料計及隨機因素的臨界衝擊拉伸速度要求。
文檔編號G01N3/28GK101158625SQ20071015635
公開日2008年4月9日 申請日期2007年10月22日 優先權日2007年10月22日
發明者王煥然, 胡金偉, 金揚輝, 陳大年 申請人:寧波大學