[发明专利]一种能够产生任意应力波形的电磁加载线圈

说明书

一种能够产生任意应力波形的电磁加载线圈，主动线圈与次级线圈为相互配合的凹凸形结构，使主动线圈在接入不同波形的电流脉冲后能够产生不同波形的应力波。主动线圈产生的感应磁场在次级线圈当中产生电流涡流，并且次级线圈的涡流方向与主动线圈的电流方向相反，从而使次级线圈和主动线圈之间产生极强的电磁斥力；电磁斥力在次级线圈中为应力波。接入不同波形的电流激励产生不同形状的应力波形。本发明根据应力波的传播原理，使次级线圈中的压缩应力波在一个变截面体中来回反射叠加后，得到与通入主动线圈电流波形相对应的应力波。本发明在霍普金森杆实验中能够方便的实现对材料加载不同的应力波形，也适用于其他应力波加载实验中。

技术领域

本发明涉及电磁加载发生装置的一个部件结构，具体说是一种能够产生任意应力波形的电磁式应力波发生器的线圈结构。

背景技术

在各种类型材料或结构的加载实验中，往往要用到不同波形的应力脉冲对试件进行加载，来更准确的得到材料的各项力学参数和模拟真实的受载环境。目前对应于不同波形应力波形加载，卢芳云等在《霍普金森杆实验技术》一书中提到，以Hopkinson杆实验为例，大多使用异型子弹撞击入射杆或利用整形片的方式将产生的原始应力波整形成不同波形的应力脉冲，但这种整形方法较为复杂，不同幅值和脉宽的应力波需要不同的异型子弹或整形片，存在很大的随机性和不确定性，且整形片无法多次重复利用，实验结果重复性较差。

现有技术中的电磁加载线圈由于结构形式的限制，即使通入不同波形的电流脉冲，也难以产生不同波形的应力脉冲，其产生的应力脉冲大多仍为正弦型应力脉冲。在201410171963.8和201510051071.9的中国专利中公开的电磁应力波发生器，该装置基于电磁感应的原理能够产生正弦型的应力脉冲，但无法产生其他波型的应力脉冲。

发明内容

为解决现有技术中存在的应力波波形单一、应力波整形随机性的不足，本发明提出了一种能够产生任意应力波形的电磁加载线圈。

本发明包括主动线圈、次级线圈和垫块；所述次级线圈位于该主动线圈的上端面，垫块位于该次级线圈的上端面，并使主动线圈的上端面与次级线圈的下端面紧密贴合，使所述次级线圈的上端面与垫块的下端面紧密贴合，并使该次级线圈与垫块之间干涉配合；所述主动线圈、次级线圈和垫块同轴。

所述主动线圈为采用铜带绕制或者线切割制成的线圈，线圈的匝数为16～64匝；所述主动线圈的上端面为凹槽状，所述凹槽的内壁面为锥面或凸弧面或凹弧面；凹槽槽底表面与该主动线圈下端面之间的轴向高度为4mm。

当采用铜带绕制时，用等宽的铜带绕制成主动线圈的坯体，再根据要求将该坯体的上端面加工成为凹槽状，并使该凹槽的内壁面为锥面或凸弧面或凹弧面；得到采用铜带绕制的主动线圈；

当采用线切割时，以上端面有凹槽的回转体铜块作为主动线圈的坯体，通过线切割将该坯体加工成为主动线圈；线切割时，根据设计要求对该坯体进行线切割，切割方向平行于该坯体的中心线。

所述主动线圈的外径为70～280mm，最大内径为65～260mm，最小轴向长度为4～16mm，最大轴向长度为25～250mm。

当所述主动线圈的上端面凹槽的内壁面为锥面时，该凹槽的槽底表面为锥形，并且该锥面的锥度为30°～60°；

当所述主动线圈的上端面凹槽的内壁面为凸弧面时，该凹槽的槽底表面为锥形，并且该凸弧面的半径为40～500mm；

当所述主动线圈的上端面凹槽的内壁面为凹弧面时，该凹槽的槽底表面为弧形，并且该凹弧面的半径为40～500mm。

所述次级线圈的上端面为凹槽状，该凹槽的内壁面为锥面或凸弧面或凹弧面；所述凹槽槽底表面与该主动线圈下端面之间的轴向高度为2mm；该次级线圈的最大外径为60～240mm，最大内径为50～200mm，轴向高度为21～210mm，壁厚为4～16mm。