[发明专利]一种金属材料动态断裂性能的表征方法

权利要求书

1.一种金属材料动态断裂性能的表征方法，包括如下步骤：使用分离式霍普金森压杆对标准三点弯曲样品进行动态加载，表征参量为标准三点弯曲样品发生动态断裂时消耗的能量值。

2.如权利要求1所述的金属材料动态断裂性能的表征方法，其特征在于：所述分离式霍普金森压杆为的分离式霍普金森压杆，加载气压为2atm～4atm，变形应变率为10³s^-1～10⁴s^-1，分离式霍普金森压杆的入射杆末端和透射杆前端均装有冲头，用于加载和支撑样品，入射杆和透射杆上贴有应变片，并通过信号采集系统获得加载过程中入射波、透射波和反射波的应力-时间曲线。

3.如权利要求2所述的金属材料动态断裂性能的表征方法，其特征在于：对采集到的入射波、透射波和反射波的应力-时间曲线通过下述能量公式进行计算，获得入射波、反射波和透射波分别携带的能量E_入、E_反和E_透；

能量公式为：

式中E_b为杆的弹性模量，A_b为杆的横截面积，C_b为杆的波速，ε_(t)为杆在时间为t时刻的应变值，t₀为杆上所贴的应变片记录到的应力波开始的时刻，t_f为应力波结束的时刻，ε_(x)为杆上位置为x处的应变值。

4.如权利要求3所述的金属材料动态断裂性能的表征方法，其特征在于：表征时使用的样品为标准三点弯曲样品，其尺寸为：B为3～4mm，W＝2B，S＝4W，L＞2.1W。

5.如权利要求4所述的金属材料动态断裂性能的表征方法，其特征在于：所述表征参量即样品发生动态断裂时消耗的能量值的计算方法为动态加载时的入射波能量减去透射波能量和反射波能量。

6.一种金属材料动态变形及失效行为的准原位实验分析方法，包括如下步骤：

(1)制备标准三点弯曲样品；

(2)分离式霍普金森压杆的入射杆末端和透射杆前端均装有冲头，用于加载和支撑样品，入射杆和透射杆上贴有应变片，对步骤(1)所制得的样品在配有冲头的分离式霍普金森压杆上进行动态加载，使样品在第一轮应力波加载过程中破坏，并通过信号采集系统获得加载过程中入射波、透射波和反射波的应力-时间曲线；

(3)对步骤(2)中采集到的入射波、透射波和反射波的应力-时间曲线进行计算，获得入射波、反射波和透射波分别携带的能量E_入、E_反和E_透；具体计算公式如下：

式中E_b为杆的弹性模量，A_b为杆的横截面积，C_b为杆的波速，ε_(t)为杆在时间为t时刻的应变值，t₀为杆上所贴的应变片记录到的应力波开始的时刻，t_f为应力波结束的时刻，ε_(x)为杆上位置为x处的应变值；

(4)利用步骤(3)得到的能量E_入、E_反和E_透，计算样品发生动态断裂消耗的能量，即E_断＝E_入-E_反-E_透，其值即可表征金属材料的动态断裂性能。

7.如权利要求6所述的金属材料动态变形及失效行为的准原位实验分析方法，其特征在于：所述的标准三点弯曲样品为铝合金、钢或钛合金。

8.如权利要求7所述的金属材料动态变形及失效行为的准原位实验分析方法，其特征在于：所述的标准三点弯曲样品的尺寸为：B为3～4mm，W＝2B，S＝4W，L＞2.1W。