[发明专利]中应变率压缩实验装置及其方法

说明书

本发明公开一种基于多次连续循环无间隔应力波加载的中应变率压缩实验装置及其方法，该装置包括：撞击杆、波形整形器、入射杆、透射杆、试样；撞击杆撞击入射杆的近端产生入射应力波并在入射杆中传播，入射应力波传播至试样后被试样反射并在入射杆中形成反射应力波；第一列入射应力波被试样反射形成第一列反射应力波，当第一列反射应力波的波前从试样处反射至入射杆的近端时，第一列入射应力波的波尾也到达入射杆的近端；第一列反射应力波从入射杆的近端无损反射成为第二列入射应力波，第二列入射应力波的波前与第一列入射应力波的波尾连接，从而形成连续的入射应力波对试样进行连续的压缩加载，使试样的应变率在10⁰s^‑1～10²s^‑1之间。

技术领域

本发明涉及材料的动态力学性能测试技术，尤其涉及一种基于多次连续循环无间隔应力波加载的中应变率压缩实验装置及其方法。

背景技术

目前，对材料的力学性能研究中，人们往往只关注于低应变率(1s^-1)和高应变率(10²s^-1)范围内的研究，而在实际的工程应用中，也常常遇到如材料的变形成型、车辆撞击等中应变率(100s^-1～10²s^-1)加载过程。材料在中应变率下的应力-应变行为对于描述这些过程至关重要，而中应变率状态是一个加载要求苛刻的测试状态，其加载过程是一个典型的应力波作用过程，基于通用的准静态力学试验机，其式样夹具/压头很难实现相对应的高加载速度，而其载荷传感器也很难实现应力波形式传导的载荷的高精度测量。而对于传统的Hopkinson杆实验系统来说，其加载式样所能实现的应变是由加载脉宽和应变率的乘积决定，其加载脉宽多为60μs～200μs不等，对于中应变率(10⁰s^-1～10²s^-1)实验理论计算可知所能实现的加载应变为0.006％～2％，实验获得的应力应变曲线为(极)小变形特征，这对于研究材料的力学性能意义有限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于多次连续循环无间隔应力波加载的中应变率压缩实验装置及其方法，以解决现有技术存在的无法实现中应变率加载下的大应变测试的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种多次连续循环无间隔的应力波加载的中应变率压缩实验装置，其包括：同轴顺序布置的撞击杆、波形整形器、入射杆和透射杆；其中在所述入射杆和所述透射杆之间设置有压缩试样；所述撞击杆撞击所述入射杆的近端产生入射应力波并在所述入射杆中传播，所述入射应力波传播至所述试样后被所述试样反射并在所述入射杆中形成反射应力波；其中，所述入射杆的长度比所述撞击杆的长度长0-5％，所述波形整形器对所述入射应力波进行滤波整形，所述入射应力波的脉宽为二倍的撞击杆长度与波速的比值；其中，第一列入射应力波被所述试样反射形成第一列反射应力波，当所述第一列反射应力波的波前从所述试样处反射至所述入射杆的近端时，所述第一列入射应力波的波尾也到达所述入射杆的近端；所述第一列反射应力波从所述入射杆的近端无损反射成为第二列入射应力波，所述第二列入射应力波的波前与所述第一列入射应力波的波尾连接，从而形成连续的入射应力波对所述试样进行连续的压缩加载，使所述试样的应变率在100s^-1～10²s^-1之间。

其中，所述透射杆的长度为所述入射杆的长度的4-10倍。

其中，所述撞击杆的波阻抗不大于所述入射杆的波阻抗。

其中，所述入射杆的波阻抗大于所述试样的波阻抗，所述入射杆的波阻抗不小于所述透射杆的波阻抗。

其中，所述装置还包括：设置在所述入射杆上的第一应变片和设置在所述透射杆上的第二应变片，其中所述第一应变片靠近所述入射杆的近端，所述第二应变片靠近所述透射杆的近端。