[发明专利]智能可控温式霍普金森压杆试验用低温加载装置及控温方法

说明书

一种智能可控温式霍普金森压杆试验用低温加载装置，它包括液氮罐（17）、液氮汽化瓶（12）和低温测试箱（1），其特征是在液氮汽化瓶（12）中安装有第一电加热丝（13），在液氮汽化瓶（12）的出口端安装有第一热电偶（10），在低温氮气输送管（7）中安装有第二电加热丝（6），在低温测试箱（1）中安装有第二热电偶（30），第二热电侧（30）连接有与温控仪（25）进行无线通讯的第二热电侧无线连接器系统（31），温控仪（25）接收第二热电偶（30）的温度，从而控制第二电加热丝（6）的工作状态。本发明可有效地为霍普金森压杆实验提供均匀的超低温测试环境，温度范围在RT~‑190℃，减少了液氮的损耗量，达到节约能源的目的。

技术领域

本发明涉及一种智能测试技术，尤其是一种对测试材料在不同低温状态下动态响应的霍普金森压杆试验技术，具体地说是一种智能可控温式霍普金森压杆试验用低温加载装置及控温方法。

背景技术

分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bars，SHPB）实验技术是研究中高应变率（10²~10⁴s^-1）下材料力学性能的最主要的实验方法，是爆炸与冲击动力学实验技术的重要组成部分。其核心思想是实验杆中传播的应力波同时承担加载盒测试的功能，根据杆中应力波传播的信息来求解杆件与试样端面的应力-位移-时间关系，从而得到试样的应力-应变关系。因此，半个多世纪以来，分离式霍普金森压杆实验得到了深入讨论和广泛应用。

随着科学技术的进步与清洁切削的要求，以液氮作为有效冷却剂的先进切削加工技术受到了人们的广泛关注，包括深冷切削技术、低温磨削技术与低温微磨料气射流加工技术等。例如：运用低温微磨料气射流对PDMS材料进行冲蚀加工时，由于PDMS材料在低温状态下的玻璃态转变而使得其硬度提高40~60%，从而在加工过程中大大减少了磨料嵌入程度；再如：金刚石刀具不能用来加工黑色金属。而美国一学者采用液氮冷却系统对不锈钢用金刚石刀具进行车削加工，由于低温抑制了碳原子的扩散和石墨化，大大减少了刀具磨损，并取得了极好的加工质量。但是，人们对低温状态下的材料去除机理的认识还不够深入。究其原因是所加工材料在低温状态的力学性能较常温下有较大不同。因此，对低温状态下材料的的动态力学响应测试就有这非常重要的工程和科研意义。

目前，还没有专门针对霍普金森杆实验设备用的制冷系统，研究人员在进行低温状态下的霍普金森杆试验中用到得制冷系统基本上都是根据具体实验要求而自行设计的。

公告号为CN104913971A的专利公开了一种霍普金森杆低温实验装置，该装置包括氮气发生装置、保温实验装置和氮气导管，获得了范围较广（RT~-175℃）的实验温度；公告号为CN108776060A的专利公开了一种用于实时低温分离式霍普金森压杆实验的温度补偿装置，该装置包括低温环境箱、低温液氮瓶和气压泵。该装置通过调节调压阀至所需压力并稳定输出气体，获得RT~-100℃的低温测试环境。上述两个专利中所公开的霍普金森杆用低温加载装置均可提供测试过程中所需一定范围的低温环境，但不可避免地存在下述三方面问题：①难以提供有效地超低温测试环境；②难以对测试环境的温度进行实时调控；③由于将低温氮气直接接入保温箱中，难以短时间内在保温箱中营造所需的低温测试环境，且低温环境温度场分布不均匀。

发明内容

本发明的目的是针对现有的霍普金森杆试验装置用低温加载装置存在难以短时间内营造均匀的低温测试环境且难以实时控温等技术问题，设计一种智能可控温式霍普金森压杆试验用低温加载装置，同时提供一种相应的控温方法。。

本发明的技术方案之一是：