[发明专利]一种新鲜金属表层动态流变力学特性测试装置及方法

权利要求书

1.一种新鲜金属表层动态流变力学特性测试方法，其特征在于：采用的新鲜金属表层动态流变力学特性测试装置包括底板、撞击驱动机构、压杆机构、工件横移机构、拉刀组件和控制器；撞击驱动机构、压杆机构和工件横移机构均安装在底板上，且依次排列；压杆机构用于压印被测工件；撞击驱动机构用于驱动压杆机构内的压头挤压工件横移机构上装夹的被测工件；拉刀组件安装在压杆机构靠近工件横移机构的端部的一侧；所述的拉刀组件包括拉削刀具和拉削刀架；拉削刀架安装在底板上；拉削刀具安装在拉削刀架上，且刀齿朝向工件横移机构；拉削刀具用于在压印前将工件横移机构上装夹的被测工件外侧面的金属氧化层切除；

所述的压杆机构包括入射支架、套筒、质量块、入射应变片、压头、入射杆和法兰；入射支架依次间隔安装在底板上；入射杆与入射支架构成滑动副；法兰、套筒、质量块均安装在入射杆的撞击输入端；法兰与入射杆固定，且与入射杆的撞击输入端端面平齐；套筒和质量块均与入射杆构成滑动副；压头与入射杆的撞击输出端固定；入射应变片安装入射杆上；

该新鲜金属表层动态流变力学特性测试方法，包括以下步骤：

步骤一、工作人员将被测工件装夹到工件横移机构上，使得被测工件的外侧面在拉削刀具的切削范围内；

步骤二、工件横移机构带动被测工件向拉削刀具移动，使得被测工件外侧面的金属氧化层和金属过渡层被拉削刀具切除，被测工件的新鲜金属层露出；

步骤三、工件横移机构继续带动被测工件移动，使得被测工件与压杆机构上的压头对齐；工作人员滑动入射杆，使得压头与被测工件接触；

步骤四、撞击驱动机构撞击入射杆，在入射杆中形成压缩波C_i；压缩波C_i沿着入射杆传播至压头，使得压头挤压被测工件，形成压痕；并且，压缩波C_i在压头处反射成向法兰传播的拉伸应力波T_i；压头挤压被测工件的过程中，入射应变片检测入射杆的入射应变信号εi(t)和反射应变信号εr(t)；

撞击驱动机构撞击入射杆的同时，也与法兰发生碰撞，从而在法兰中产生压缩应力波C_s传向套筒与质量块交界处；压缩应力波C_s在套筒与质量块交界处反射后依然为压缩应力波C_s；反射后的压缩应力波C_s传至法兰再次反射形成拉伸应力波T_s传输向压头；

拉伸应力波T_s到达压头时，拉伸应力波T_i在法兰处反射成压缩波并传输到套筒中；拉伸应力波T_s使得入射杆向远离被测工件的一侧移动，法兰与套筒分离，压缩波C_i被保留在套筒中无法再影响入射杆，并最终被套筒和质量块吸收；

步骤五、通过入射应变片采集到的入射应变信号εi(t)和反射应变信号εr(t)，计算出入射杆的压印位移；利用压印位移、入射杆的长度弹性模量、横截面积和被测工件的厚度，通过应变公式计算得到被测工件新鲜金属层的动态应力－应变曲线。

2.根据权利要求1所述的一种新鲜金属表层动态流变力学特性测试方法，其特征在于：所述的压杆机构还包括光电位移传感器；所述的压头与入射杆的撞击输出端通过压头连接器连接；光电位移传感器固定在最靠近工件横移机构的入射支架上，且检测头朝向压头连接器。

3.根据权利要求1所述的一种新鲜金属表层动态流变力学特性测试方法，其特征在于：所述套筒及质量块的重心均在入射杆的中心轴线上；套筒与法兰的横截面形状相同；质量块的横截面积大于套筒；套筒和质量块的材料均与入射杆的材料相同；套筒和质量块的长度均与撞击驱动机构中的撞击杆的长度相同；法兰的横截面外径与撞击杆的直径相等。

4.根据权利要求1所述的一种新鲜金属表层动态流变力学特性测试方法，其特征在于：所述的撞击驱动机构包括撞击支架和撞击杆；所述的撞击支架固定在底板上；水平设置的撞击杆与撞击支架构成滑动副；撞击杆与入射杆同轴设置。