[发明专利]基于霍普金森压杆系统的可变压头动态压入测试装置

说明书

本发明公开了一种基于霍普金森压杆系统的可变压头动态压入测试装置，可实现材料动态力学性能的原位测试，压入装置包括：压头与材质相同的压头支撑物无缝榫接，压头支撑物尾端与入射杆端通过螺杆共轴线连接并在二者之间放置与入射杆材质相同的垫块，拧入垫块/入射杆与压头支撑物的螺杆各段材质分别与入射杆及支撑物的材质相同，同时压头支撑物尾端与垫块及垫块与入射杆端界面分别胶接，压头支撑物与入射杆端部通过聚四氟乙烯套筒套接；本发明可实现基于传统霍普金森压杆装置的动态压入测试，结构设计合理可靠，便于拆装及更换压头，在满足波阻抗匹配的条件下保证了动态压入测试的准确性，从而丰富了材料的动态力学性能测试方法。

技术领域

本发明涉及动态压入力学测试装置领域，具体为应用于动态力学测试系统的一种基于霍普金森压杆系统的可变压头动态压入测试装置。

背景技术

工程材料应用于航空航天、国防工程等领域时常遭受短时强动载荷的作用，其在高加载速率下的力学响应明显不同于准静态加载时，开展动载下工程材料动态力学性能的测试表征研究有助于其在工程领域的设计与应用。

目前已发展出分离式霍普金森杆（split Hopkinson bar）系列（拉、压、扭杆等）、Taylor 撞击、膨胀环、落锤及轻气炮平板撞击等多种材料高应变率下力学性能的测试技术，该类技术对所采用试件的形状与尺寸均有特定的要求，且往往伴随有加工过程的不一致性，使得较宽应变率范围内材料动态力学性能的比对变得较为困难。其中，基于一维弹性应力波理论发展起来的分离式霍普金森压杆测试系统，如图1所示，主要包括驱动装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆、超动态应变仪、示波器等数据采集处理装置，通过贴在入射杆上的应变片记录下入射脉冲和反射脉冲信号，而贴在透射杆上的应变片记录下透射脉冲信号，在此基础上基于一维应力波理论即可得到材料的相关动态力学性能数据。在该类测试系统中，动态压入测试技术可实现较宽应变率范围内材料动态力学性能的原位测试表征，且对被测材料的加工要求不高，只需提供一较为平整的压入接触面即可，特别适合于微小尺寸及表面微区力学性能测试，具有良好的发展前景，但现有的动态压入测试技术中的动态压入装置存在压头不可更换，测试不灵活及结果误差大的缺陷，因此在此基础上，需要一种可变换压头且测试结果可靠的动态压入测试装置。

发明内容

本发明为了解决现有动态压入测试装置中，压头不可更换、测试不灵活及结果误差大的问题，提供了一种基于霍普金森压杆系统的可变压头动态压入测试装置。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于霍普金森压杆系统的可变压头动态压入测试装置，包括压头和与压头材质相同的压头支撑物，所述压头支撑物和压头榫接，所述压头支撑物尾端与入射杆的端部通过螺杆共轴线连接，所述压头支撑物和入射杆之间放置与入射杆材质相同的垫块，所述垫块直径与入射杆相同；所述螺杆拧入垫块与入射杆的部分与入射杆的材质相同，所述螺杆拧入压头支撑物的部分与压头支撑物材质相同；所述压头支撑物尾端与垫块之间由胶层Ⅰ粘连，所述垫块与入射杆端界面之间由胶层Ⅱ粘接；所述压头支撑物与入射杆端部外侧通过沿轴线移动的聚四氟乙烯套筒套接。