[发明专利]液压气动中应变率拉伸压缩通用试验装置及方法

说明书

液压气动中应变率拉伸压缩通用试验装置及方法，属于材料动态力学性能测试技术领域，本发明为解决现有试验装置只适用于高、低应变率试验，并不能进行中应变率加载条件下拉伸或压缩动态应力波加载试验的问题。本发明装置包括试件、输出杆、应变片、圆柱缸体、活塞、活塞杆、输入杆、气路控制单元和水路控制单元；方法包括：步骤1：向水室注满水；步骤2：向气室充满氮气；步骤3、通过流量控制阀控制液体的流量控制活塞的运动速度，即控制试件的变形速率，由气体的压力控制施加应力波的幅值大小，实现中应变率加载条件下拉伸或者压缩动态应力波加载；步骤4：在持续施加载荷的过程中，记录应变时间历程和应力载荷数据，并构建应力应变曲线。

技术领域

本发明属于材料动态力学性能测试技术领域，涉及一种中应变率拉伸/压缩试验装置，适用于在中应变率条件下研究材料的动态拉伸或者压缩力学性能，获得材料的中应变率动态拉伸或者压缩力学特性。

背景技术

汽车碰撞、外物对飞机和高铁的撞击、金属加工等等均涉及研究材料在中应变率加载条件下的动态力学响应特性。

研究率敏感材料的动态力学性能需要多种方法和手段，如准静态拉伸、压缩和扭转试验采用传统的伺服试验机，广泛用于研究材料的低应变率力学行为响应特性(产生的应变率为10^-3～10^-1S^-1)；而分离霍普金森杆技术(Split Hopkinson Bar Technique)广泛用于研究材料的高应变率力学行为响应特性，霍普金森拉杆或者压杆一般产生的应变率是从200～10³S^-1。考虑材料中低应变率1～200S^-1变形行为的文献数据是非常有限的。这主要是因为中应变率的拉伸或者压缩实验难度比较大，比伺服拉伸压缩试验机的应变率大，而比霍普金森拉杆或者压杆取得的应变率小。在传统的伺服液压试验机或者其它的快速试验机上增加加载速率时会造成应力波信号振荡。而振荡的滤波会降低精度和重要现象的发现。对于材料的中应变率力学性能测试仍然没有比较完善的设备。若在气动和机械加载机构基础上研发的中应变率材料试验方法，主要进行材料的压缩试验。为了得到一个可观的最大应变，所需的应力波脉冲很长，达到1ms到10ms之间，若采用传统的霍普金森杆加载技术，不但子弹长度过长，可能在数米的长度，而且要分离入射波和反射波所需的杆的长度也至少是子弹长度的两倍，这样整个装置的长度就可达十几米和几十米。所以采用传统的霍普金森杆装置进行中应变率加载的试验是不现实的。因此研发适宜于中应变率加载条件下材料动态力学性能研究的试验装置和方法，是十分必要和重要的。

发明内容

本发明目的是为了解决现有试验装置只适用于高、低应变率试验，并不能进行中应变率加载条件下拉伸或压缩动态应力波加载试验的问题，提供了一种液压气动中应变率拉伸压缩通用试验装置及方法。

本发明所述液压气动中应变率拉伸压缩通用试验装置包括试件1、输出杆2、应变片3、圆柱缸体27、活塞10、活塞杆15、输入杆4、气路控制单元和水路控制单元；

圆柱缸体27的内腔被活塞10分割为左腔室6和右腔室14，与活塞10左侧壁固接的输入杆4从圆柱缸体27的左端盖穿出，与活塞10右侧壁固接的活塞杆15从圆柱缸体27的右端盖穿出；

试件1的两端分别与端部粘贴应变片3的输入杆4和输出杆2连接；

输出杆2、输入杆4、活塞杆15、活塞10和圆柱缸体27同轴；

拉伸实验时，左腔室6作为气室，右腔室14作为水室；压缩实验时，左腔室6作为水室，右腔室14作为气室；

水路控制单元，用于向水室注水；

气路控制单元，用于向气室充入惰性气体；还用于保持充气过程中活塞10两侧的压力平衡；还用于在拉伸或者压缩实验时实现对气室内气体压力的释放；还用于在拉伸或者压缩实验时实现往水室内充水时排空水室内的气体。