[发明专利]一种基于电磁霍普金森杆的脆性材料动态压缩实验方法

权利要求书

1.一种基于电磁霍普金森杆的脆性材料动态压缩实验方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1：安装电磁应力波发生器、入射杆和透射杆：

将电磁应力波发生器、入射杆和透射杆依次同轴顺序安装在实验台上，所述入射杆和透射杆的横截面积、杨氏模量和纵向弹性波速均相同，且在轴线方向能够自由移动；

步骤2：粘贴应变片：

将四个电阻应变片平均分为两组，并分别对称地粘贴在入射杆轴向长度的1/2处和透射杆轴向长度的1/2处；将各所述应变片通过双芯屏蔽线接入数据采集系统中的惠斯通电桥；

步骤3：测试实验装置的工作状态：

将入射杆的端面与透射杆的端面贴合；启动电磁分离式霍普金森压杆实验装置，设置电容的充电电压值为300V；对电容充电至300V；通过电容、主动线圈和次级线圈构成的放电电路进行放电，所述放电过程完成后在入射杆中产生一个半正弦形入射波；当该入射波到达入射杆与透射杆的接触面时，由于该入射杆与透射杆之间的广义波阻抗相同，根据一维弹性应力波理论，入射波将完全透射进入透射杆，使数字示波器记录的电压信号中不存在反射波；本步骤中数字示波器的实测电压信号没有反射波，这说明实验装置的工作状态正常，能够用于钠钙硅酸盐玻璃的动态单向压缩实验；

步骤4：单向压缩实验：

将玻璃试样装夹在入射杆端面与透射杆端面之间，并使试样与入射杆和透射杆同轴；设置电容的充电电压为1200V，电容值为4mF，重复步骤3所述的充电--放电过程对玻璃试样进行加载；加载的持续时间为200μs，在入射杆中产生一个半正弦形的入射波；所述入射波沿着入射杆的轴向向玻璃试样传播至该入射杆与试样的接触面；所述入射波的一部分反射回入射杆形成反射波，该入射波的另一部分透射穿过试样进入透射杆形成透射波；根据一维弹性应力波理论，得到反射波和透射波的具体比例；

将所述入射波的电压信号、反射波的电压信号和透射波的电压信号通过公式(1)分别计算得到与入射波、反射波和透射波电压信号对应的入射应变、反射应变和透射应变：

式中，ε为应变信号，U₀为惠斯通电桥的供电电压，为30V，k为应变片的灵敏度系数，ΔU为数字示波器记录的电压信号；

将所述入射波的电压信号代入公式(1)，得到入射应变ε_I；将所述反射波的电压信号代入公式(1)，得到反射应变ε_R；将所述透射波电压信号代入公式(1)，得到透射应变ε_T；

将得到的反射应变ε_R和透射应变ε_T分别代入公式(2)～(4)中，分别得到试样内部的工程应力、工程应变和工程应变率：

式(2)～(4)中，σ_s为工程应力；ε_s为工程应变；为工程应变率；A为入射杆或透射杆的横截面积；E为杨氏模量；c₀为纵向弹性波速；A₀为试样的初始横截面积；L₀为试样的初始长度；

将有关数据带入式(2)～(4)中，得到试样的动态压缩力学性能；

至此，完成了对钠钙硅酸盐玻璃材料的动态单向压缩实验。

2.如权利要求1所述基于电磁霍普金森杆的脆性材料动态压缩实验方法，其特征在于，所述入射杆的外形尺寸与透射杆的外形尺寸相同，其直径均为25mm，长度均为3000mm；所述入射杆和透射杆均采用钛合金材料制成。

3.如权利要求1所述基于电磁霍普金森杆的脆性材料动态压缩实验方法，其特征在于，所述钛合金的杨氏模量为123GPa，纵向弹性波速为5189m/s。

4.如权利要求1所述基于电磁霍普金森杆的脆性材料动态压缩实验方法，其特征在于，各所述电阻应变片的电阻值为1000Ω、灵敏度系数为1.92。