一種新的材料動態力學性能測試方法和裝置的製作方法

2023-09-21 16:04:45

專利名稱：一種新的材料動態力學性能測試方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新的材料的動態力學性能測試方法和裝置。
背景技術：
材料動態力學行為對於結構抗侵徹、衝擊碰撞等性能的研究是極其重要的。傳統的霍普金森壓杆(Slip Hopkinson Pressure Bar, SHPB)技術是一種測量材料在高應變率條件下應カ應變關係的有效實驗方法，已經廣泛應用於材料在單軸衝擊載荷下的動態力學行為研究。其原型來自Hopkinson於1914年發明的一種測試瞬態脈衝應カ的裝置，後來Kolsky、David和Hunter對這個裝置進行了實質性的改進,將壓杆分成兩段,通過加速的質量塊、短杆撞擊或炸藥爆轟方式產生應力脈衝。現代的SHPB都是在Kolsky的工作基礎上發展而來的。SHPB系統主要由入射子彈、輸入杆和輸出杆組成。材料試樣同軸地放置於輸入杆和輸出杆中間。當入射子彈以速度V撞擊輸入杆時將產生應カ脈衝(入射波),並開始在輸入杆裡傳播。當遇到材料試樣時，由於形狀及阻抗等的不匹配，應カ波有部分反射回輸入杆(反射波)，其他部分透過試樣傳入到輸出杆(透射波)。利用這ー裝置，通過測量輸入杆上的入射波和反射波應變以及輸出杆上的透射波應變，可測量材料在該衝擊載荷作用下的應カ應變關係。 SHPB的實驗方法基於以下兩個假設(I) —維應カ條件。這就要求杆直徑遠小于波長，忽略試樣的橫向慣性效應；(2)試樣的應カ和應變分布均勻，忽略試樣的波動效應以及端面的摩擦效應。設入射杆中的入射波和反射波應變分別為ejt)和e R(t)，透射杆中的透射波應變為eT(t)，根據ー維應カ波理論，可以同時計算出試樣兩個端面位置的應力、速度，從而得到試樣變形過程中的應變率MO、應變e (t)和應カO (t)歷程，
= ~^[e/ (0_sR (0 — sT (0],S (t) = ^J: [s, (/) —SR (t) — St {t)yt，
Apび(t)= — [e；(/) + eR (t) + sT (/)].其中Cc^UA和Atl分別杆的彈性波速、試樣的原始長度、杆的橫截面積和試樣的橫截面積。由此得到試樣的動態應力、應變率和應變的時間歷程，從而以時間為參數直接得出三者之間的對應關係。SHPB實驗原理基於ー維應カ假定，實驗系統比較複雜。通過測量入射、反射和透射應變波形得到試樣的應力、應變以及應變率。在進行數據處理時需要將測量得到的三個應變波形在時間上進行平移，保證具有相同的時間起點。但是通常很難保證測量的應變波形具有相同的時間起點。另外，由於杆橫向尺寸的影響，波在傳播過程中的彌散效應會引起波形的改變，也會引起數據處理的誤差。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供ー種材料動態力學性能測量方法和裝置，能夠直接得到試樣的應カ應變關係，減小了由於時間平移帶來的誤差，同時可以使得測量系統更加緊湊。本發明的ー種材料動態力學性能測量方法包括I)向試樣發送一定應カ的應カ脈衝波，當應カ波在試樣內部傳播時，由於橫向膨脹及橫向慣性效應，試樣質點產生的沿與所述應カ波傳播方向相垂直的徑向運動速度W，通過測速儀測量所述質點的徑向運動速度ろ，而透過試樣的應カ波採用壓カ傳感器來測量；2)採集的由測速儀測量的徑向運動速度和壓カ傳感器測量的壓カ經過計算得到材料的試樣的徑向和縱向應變關係
權利要求
1.ー種材料動態力學性能測量方法，包括 1)向試樣發送一定應カ的應カ脈衝波，當應カ波在試樣內部傳播時，由於橫向膨脹及橫向慣性效應，試樣質點產生的沿與所述應カ波傳播方向相垂直的徑向運動速度Vk，通過測速儀測量所述質點的徑向運動速度Vk，而透過試樣的應カ波採用壓力傳感器來測量； 2)採集的由測速儀測量的徑向運動速度Vk和壓カ傳感器測量的壓カ經過計算得到材料的試樣的徑向和縱向應變關係 參-I為—力 { vR J R1 ￡!為所述壓カ傳感器測量的值； 其中，e x(t)為徑向應變，e I為縱向應變，tc為試樣開始進入塑性變形階段的時刻，V為泊松比，R為試樣半徑，Rt為t時刻的試樣半徑。
2.—種材料動態力學性能測量裝置，其特徵在於，包括 應カ脈衝產生単元，產生預定強度和脈寬的應カ脈衝，並發送給待測試樣； 壓カ測量単元，用於測量透過試樣的應カ波； 速度測量單元，用於測量試樣質點產生的沿與所述應カ波傳播方向相垂直的徑向運動速度vK ; 數據收集単元，用於收集所述壓カ測量單元和速度測量單元採集的信息； 數據處理単元，根據試樣的徑向和縱向應變關係來得到試樣的徑向應變和縱向應變 為—j■型I,V 尺 * K ￡!為所述壓カ傳感器測量的值； 其中，e x(t)為徑向應變，e I為縱向應變，tc為試樣開始進入塑性變形階段的時刻，V為泊松比，R為試樣半徑，Rt為t時刻的試樣半徑。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述壓カ測量單元為壓カ傳感器。
4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述速度測量單元為測速儀。
全文摘要
本發明公開了一種材料動態力學性能測量方法，包括1)向試樣發送一定應力的應力脈衝波，當應力波在試樣內部傳播時，由於橫向膨脹及橫向慣性效應，試樣質點產生的沿與所述應力波傳播方向相垂直的徑向運動速度vR，通過測速儀測量所述質點的徑向運動速度vR，而透過試樣的應力波採用壓力傳感器來測量；2)採集的由測速儀測量的徑向運動速度vR和壓力傳感器測量的壓力經過計算得到材料的試樣的徑向和縱向應變關係。本發明還公開了一種材料動態力學性能測量裝置。本發明採用質點速度測量和壓力測量相結合，來直接得到試樣的應力應變關係，減小了由於時間平移帶來的誤差。同時可以使得測量系統更加緊湊。
文檔編號G01N29/04GK102841141SQ20121030868
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者吳先前, 黃晨光, 王曦, 宋宏偉, 魏延鵬 申請人:中國科學院力學研究所