[发明专利]一种霍普金森压杆实验装置

说明书

技术领域

本发明属于材料高温动态力学性能研究领域，具体涉及一种在高温下高精度霍普金森压杆实验的装置及测试方法，尤其是基于电磁驱动技术和DIC技术。

背景技术

霍普金森压杆实验被广泛的应用于材料性能的研究，不过大都是停留在常温下的材料实验，但是高温工况同样存在，所以对高温下材料性能的研究同样需要。进行材料高温动态性能的研究方法之一就是在实验前把试件加热到相应温度，然后快速地移到实验装置上，这样把试件置于空气中，高温下试件容易被氧化，同时试件温度也会快速下降；另一方面，当高温试件与入射杆和透射杆接触时，高温会对应力波的传导造成影响，对实验数据的精确度造成一定的影响。

名称为“用于分离式Hopkinson杆装置的一种先进气动发射机构”的文献发明了一种气动发射装置，不过作为气动发射装置，其发射装置的重复性、安全性、控制的精度及方便性还有待提高。名称为“用于高温霍普金森压杆实验的快速加热装置”的发明专利描述了一种试件快速加热方式，但是对加热炉内的空气没进行处理，试件在高温下容易被炉内空气氧化，同时为了解决入射杆进入加热炉及与高温试件接触时对入射杆及透射杆的升温作用，在入射杆和透射杆上设计了同外径的陶瓷杆，忽略了应力波在不同介质中的传播的差异性，也忽略了入射杆没有直接冲击试件带来的误差，影响了实验数据的准确度。

随着电磁驱动技术及数字图像相关（DIC:Digital Image Correlation）技术的发展，电磁驱动技术给我们提供了一种新型驱动方式，DIC技术为我们提供了一种实时测定应变的方法，两者结合起来给我们展现了一种高温下霍普金森压杆的新型实验装置。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种高温下霍普金森压杆实验装置，不仅能够解决传统高温下霍普金森压杆实验对试件的加热问题，避免试件在高温下被氧化，同时利用电磁驱动技术取代以往的空气炮技术，提高入射杆发射机构的重复性、安全性、控制精度及方便性，再利用数字图像相关技术（简称DIC）在线测量试件的应变，保证实验的精确度。

为了提高本发明的综合性能，实现结构及效果的优化，所采用的技术方案是提供一种霍普金森压杆实验装置，其特征在于包括：电磁触发开关、加热炉门自动开启开关、电磁驱动装置、驱动平板、子弹、入射杆、力传感器、加热炉、加热炉支撑装置、透射杆、缓冲装置及空气压缩过滤装置；

电磁触发开关和加热炉门自动开启开关以串联的形式连接，加热炉门自动开启开关可以独立工作，驱动平板和子弹连为一体，电磁驱动平板的同时也驱动了子弹；在透射杆左端面安装有力传感器。

本发明还提供了一种霍普金森压杆实验装置的实验方法：其特征在于包括如下步骤：

步骤1、安装实验设备；

步骤2、实验试件的加工：把试件加工成长80mm、直径为12.5mm；

步骤3、试件表面散斑的处理：先将试件表面打磨抛光，然后利用高压喷枪在试件表面依次喷涂黑色和白色的亚光漆；

步骤4、调整试件的位置使实验试件在加热炉中间；

步骤5、调整试件夹具的高度，保证试件轴心与入射杆轴心在同一高度；

步骤6、调整热电偶的高度，使其离试件2cm处；

步骤7、关闭加热炉门，保证其密封性；

步骤8、打开空气压缩过滤装置，排尽炉内空气；

步骤9、输入需要的实验温度，进行加热并保温；

步骤10、电磁驱动装置接通电源给电容充电，关闭加热炉门自动开启开关，加热炉打开，闭合电磁触发开关；

步骤11、高速摄像头收集实验图像并存储在电脑中，利用DIC进行分析处理；

步骤12、利用力传感器测出实时的力，并和DIC技术得到的应变曲线整合成应力应变曲线

本发明的有益效果：

（1）本发明换用电磁驱动技术代替以往的空气炮装置，这样避免空气炮操作和调控的复杂及不确定性，提高驱动装置的可重复性、安全性及控制的精度，同时电磁驱动技术使用方便且易于调节与控制。

（2）本发明设计了一款新型的加热炉，加热炉上设计了一个透明钢化玻璃的窗口，窗口的尺寸长100mm、宽60mm，以便高速摄像机对试件表面散斑的采集。

（3）本发明为了避免透射杆在加热炉内反复被加热，每次加热都相当于一次热处理，导致透射杆的材料组织性能发生变化，这样在常温实验时会对应力波的传导造成影响，因此，在透射杆和试件之间放置一根与透射杆直径相同的高温陶瓷圆杆。