[发明专利]一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置

权利要求书

1.一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置，其特征在于，利用发明者自主发明的落锤冲击试验装置结合需要动态力学特性分析的试件构型进行动态冲击试验，主要是利用该试验装置进行动态冲击加载，结合研究对象所需要的动态试验数据进行数据分析，可以得到各种动态行为破坏规律；诸如冲击载荷下材料力学特性的变化规律、冲击载荷作用下结构稳定性与安全性分析等。

2.正如权利1要求阐述的一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置，采用该试验装置进行研究对象的动态力学强度分析主要包括以下是步骤：第一步，采用发明者设计的落锤冲击试验装置进行冲击试验测试，该冲击试验装置主要包括以下5个部分：冲击锤、入射板、透射板、数据采集系统、阻尼器；冲击锤尺寸W_h＝300mm，H_h＝150mm，B_h＝30mm，入射板尺寸为W_i＝300mm，H_i＝3000mm，B_i＝30mm，透射板尺寸W_t＝300mm，H_t＝2000mm，B_t＝30mm，如图3所示，冲击锤、入射板及透射板的弹性模量为71.7GPa，动态泊松比0.3，密度为2.850g/cm³；阻尼器采用高强度不锈钢材料制作，该材料的弹性模量为210GPa，动态泊松比0.25，密度为7.850g/cm³；

为了消除冲击加载过程中应力波弥散效应对试验测试数据的影响，延长加载应力波的上升沿，在入射板与冲击锤之间粘贴一块黄铜棒作为波形整形器；为了消除试件与冲击加载装置之间摩擦效应的影响，在试件与入射板、透射板接触两端涂抹少量的黄油作为润滑剂；落锤冲击加载高度可以根据距离测试仪进行精确距离测量，随后可以根据v＝(2gh)^1/2公式获得冲击加载速度，落锤冲击加载高度范围可以从0m～10m进行动态冲击；

需要注意的是冲击锤、入射板及透射板的尺寸可以根据试验要求进行延伸或者缩小设置，不局限于本发明所公开采用的尺寸及材料；

第二步，利用落锤冲击试验装置对研究对象进行动态冲击加载，如图3所示，该发明装置配备基本的数据采集系统，即超动态应变仪数据采集系统，该测试系统的采集频率能够高达2MHz，2μs能够采集5个数据样本，随后也可以根据试验需要搭载裂纹扩展计测试系统、动态数字散斑测试系统及应变片测试系统，这些试验数据测试系统完全能够满足动态力学参数测试要求；冲击加载中应力波传播过程大致如下：当冲击锤冲击入射板时，在入射板中产生入射波ε_i(t)随着入射板向下传播；当入射波传播至试件上端与入射板交界面处时，将在入射端与试件交界面处产生反射与透射现象，一部分传入试件中，一部分传回至入射板中形成反射波ε_r(t)；当反射波在试件中穿入试件中时，一部分造成试件的破坏，一部分在试件的下端与透射板交界处形成再次的反射与透射，一部分透射的应力波传入透射端中形成透射波ε_t(t)；随后可以根据入射波、反射波及透射波这三部分能够计算出动态载荷曲线，进而可以进行下一步的数据分析；动态载荷曲线主要包括入射端载荷σ_i(t)与透射端载荷σ_t(t)，这两端载荷的计算式主要如下:σ_i(t)＝E_b(ε_i(t)+ε_r(t))；σ_t(t)＝E_b(ε_t(t))；其中E_b为入射板与透射板的弹性模量；

第三步，既可以依据动态试验数据测试结果对研究对象进行动态破坏行为分析，也可以基于动态载荷曲线进行动态断裂韧度值等一系列断裂参数的计算，随后可以根据研究目标获得相关研究成果，诸如动态应力强度因子曲线、动态破坏行为规律、动态应力-应变曲线、动态载荷应力状态变化规律等。