[实用新型]一种实现超高可控应变率冲击的SHPB装置

说明书

一种实现超高可控应变率冲击的SHPB装置，包括带有T型槽的导轨、轻气炮加载机构、轻气炮底座、弹子、磁电式质点速度测量装置、试件、输出杆、输出杆固定装置、应变片、吸收杆、吸收杆固定装置、阻尼器、阻尼器固定装置、数据处理系统等结构，装置由弹子直接冲击试件替代入射杆冲击试件，采用磁电式质点速度测量装置测得试件入射端的质点速度，根据一维应力波假定和短试件的应力/应变沿其长度均匀分布假定得到试件的平均应力、应变率和应变，装置通过T型槽和螺栓连接共同作用保证装置的同轴度。本实用新型在较大范围内(10⁴～10⁷s^‑1量级)能实现可控的、超高应变率(10⁷s^‑1量级)加载，实现结构简单且方便快捷的获得材料在超高应变率下的动态力学性能。

技术领域

本发明涉及材料动态力学性能研究领域，尤其涉及一种超高可控应变率冲击的SHPB装置。

背景技术

随着高速切削技术的出现，对于高应变率甚至超高应变率(高速切削条件)下的材料动态力学性能参数研究显得尤为重要。霍普金森压杆装置是研究材料动态力学性能的主要装置，可以获得材料在高应变率下的各种动态力学参数。由于钛、铝等航空轻合金在高速切削中的广泛应用，测量其动态力学性能参数应在超高应变率下进行。但是，目前霍普金森压杆装置只能实现高应变率加载下材料动态力学性能测量，不适用于钛、铝等航空轻合金在超高应变率加载下的动态力学性能测量。

名称为“铝合金7075-T651动态流变应力特征及本构模型”的文章(武永甫，李淑慧，侯波，于忠奇，中国有色金属学报，2013，Vol.23，第三期，PP.658-665)中使用分离式霍普金森压杆装置对铝合金7075-T651圆柱试样进行了应变率范围600～12000s^-1的动态压缩实验。文中装置仅能得到高应变率下的铝合金动态力学性能参数，难以获得铝合金在超高应变率(10⁵以上)下的动态力学性能参数。目前的分离式霍普金森压杆装置是通过入射杆冲击试样的方式实现加载。这种方法的缺点在于：为了保证获得完整的入射波形和反射波形，入射杆的长度远大于输出杆的两倍，在实际加工中，入射杆加工难度较大，这就导致装置加工成本较高。其次，装置使用气枪作为驱动源，由于撞击速度与气压的对应关系难以确定，因此无法准确控制试验时的应变率，需要尝试多次试验才能达到所需应变率。另外，分离式霍普金森压杆装置使用的是组合基准导轨，在更换炮管或杆系时，组合导轨的安装需要保证两个滑块同时对准导轨上的滑槽，安装过程需要重复校准，调试工作效率低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种实现超高可控应变率冲击的SHPB装置，即能获得钛、铝等航空轻合金在可控的超高应变率加载下的动态力学性能参数，又能提高调试工作效率，实现结构简单且方便快捷的获得材料在超高应变率下的动态力学性能。

实现本发明目的的技术方案是：一种实现超高可控应变率冲击的SHPB装置，包括带有T型槽的导轨、轻气炮加载机构、轻气炮底座、弹子、磁电式质点速度测量装置、试件、输出杆、输出杆固定装置、应变片、吸收杆、吸收杆固定装置、阻尼器、阻尼器固定装置、数据处理系统等结构，其中，轻气炮底座、弹子、磁电式质点速度测量装置、试件、输出杆、输出杆固定装置、应变片、吸收杆、吸收杆固定装置、阻尼器、阻尼器固定装置沿轴线依次分布。

所述磁电式质点速度测量装置位于试件和轻气炮加载机构之间，弹子冲击试件时，磁电式质点速度测量装置测得试件入射端的质点速度。

所述装置通过调整弹子质量或轻气炮加载机构的气压大小实现可控的应变率加载。进而实现超高应变率加载。

所述导轨带有T型槽，导轨两侧有安装螺栓的光孔，光孔位置按照线性排列，T型槽和螺栓连接共同作用保证装置同轴度，如需更换炮管或杆系时，只需将炮管或杆系安装在导轨T型槽内，滑动到合适位置后，通过螺栓连接定位，提高调试工作效率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：