[发明专利]一种基于波分解的真二维分离式霍普金森压杆实验装置

说明书

本发明涉及二维分离式霍普金森压杆技术领域，特别涉及一种基于波分解的真二维分离式霍普金森压杆实验装置，由同一个加载装置产生应力波，保证了应力波的同步性；二波分解装置能够将压缩波的分解到其他方向上，实现了波的转向，其转向后的波仍然符合一维应力波理论；应变片测量的波形就是加载波形，因此后期数据处理和分析很容易进行。

技术领域

本发明涉及二维分离式霍普金森压杆技术领域，特别涉及一种基于波分解的真二维分离式霍普金森压杆实验装置。

背景技术

材料在冲击作用下的强度是衡量材料安全的一个重要指标，通常的材料强度通过一维试验得到，这主要是由于一维试验简单、易操作，所得到的试验数据可靠性高。而实际工程中材料真实的受力过程是在二维或者三维状态下的复杂力学过程，用一维的试验数据来进行计算、模拟以及工程设计将带来一定的误差，因此，本发明专利基于波分解，将传统一维方法提升为二维方法，设计具有二维冲击加载的实验装置，研究材料在二维受力状态下的动态力学行为。

现有的二维分离式霍普金森压杆实验主要存在以下两个问题：(1)同步性问题；(2)波形处理问题。在传统一维霍普金森压杆基础上，直接在试件二个或三个正交方向施加冲击荷载，难以保证二或三个正交方向上同时产生应力波，通过气体驱动弹丸在二个或者三个方向加载是不可能保证同步性问题。而2011年发明专利三维冲击加载实验装置(CN201110141805.4)虽然解决了同步性问题，但由于入射杆是弯曲的，加工困难，冲击波在入射杆中的应力波不再符合一维应力波理论，这对实验的测试和后期分析带来极大的困难，同时由于应力波在弯杆中的波形弥散严重，难以保证恒应变率。因此，从现有的二维、三维分离式霍普金森压杆实验装置来看，同步性、波形恒应变率问题难以同时满足，这给二维、三维冲击实验带来挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于波分解的真二维分离式霍普金森压杆实验装置，在传统的一维分离式霍普金森压杆实验装置的基础上引入波分解装置，实现波的分解与转向，控制波的脉宽和幅值，实现二个加载波的同步性，满足横应变率加载，同时应变片测量的信号即为作用在试件上的波形，更为方便进行真二维分离式霍普金森压杆实验以及后期处理，且在该装置的基础上易于实现三维分离式霍普金森压杆实验。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于波分解的真二维分离式霍普金森压杆实验装置，包括：

冲击波加载装置，包括加载杆及用于驱动该加载杆运动并达到一定速度的驱动装置；

第一二波分解装置，后端设置有与加载杆的端部平齐的加载面，前端设置有两个对称的分向斜面，加载杆对加载面进行冲击从而产生应力波，第一二波分解装置将所述应力波分解为两个分别垂直于分向斜面方向的脉宽和峰值均相同的应力波；

分向杆，用于将应力波沿着杆传播到指定位置，为两个圆柱形杆，分向杆的一端与第一二波分解装置的分向斜面贴合，另一端连接有第二二波分解装置，所述第二二波分解装置的后端设置有与分向杆的端部平齐的加载面，前端设置有两个对称的分向斜面，分向杆的另一端与第二二波分解装置的加载面连接；

试件，实验中所要研究的被测材料，呈立方体结构；

入射杆，为两个圆柱形杆，用于将应力波传入试件，对试件进行冲击加载，入射杆的一端与试件的一个面贴合，另一端与第二二波分向装置的一个分向斜面贴合，两个入射杆分别与试件的两个相邻面贴合；

平衡杆，为两个圆柱形杆，一端与第二二波分解装置的另一个分向斜面贴合，另一端自由，用于控制入射波的脉宽；

透射杆，为两个与入射杆规格相同的圆柱形杆，一端与试件的一个面贴合，另一端自由，两个透射杆分别与两个入射杆相对设置，用于测试从试件中透射的应力波；

应变片，分别放置在入射杆及透射杆内，用于测试入射杆中的入射波和反射波，以及透射杆中的透射波。