[发明专利]一种非晶合金的动态力学性能测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种非晶合金的动态力学性能测试装置及方法。该装置包括：加载杆、缓冲装置、样品、应变片、紫铜片、超动态应变仪以及计算机数据采集系统；所述加载杆包括同轴依次设置的撞击杆、入射杆、透射杆和吸收杆。本发明在现有霍普金森杆实验基础上进行改进，增加了特定尺寸的波形整形器(紫铜片)、垫块、限位环以及回收装置，解决了非晶合金强度高、塑性差而造成的应力不均匀、非恒应变率变形、应力波弥散且难以回收等问题，通过改变整形器紫铜片的直径和厚度可改变非晶合金待测样品的应变率，准确获得非晶合金在高应变率下的动态力学性能。

技术领域

本发明涉及材料动态力学性能测试技术领域，特别是涉及一种非晶合金的动态力学性能测试装置及方法。

背景技术

非晶合金具有高强度、高硬度、高断裂韧性、高弹性极限和良好的能量吸收能力，在冲击动力学领域有广阔的应用前景。为推进非晶合金在高速冲击领域的应用，非晶合金动态力学性能的研究很有必要。

霍普金森压杆技术是一种研究材料在高应变率下动态力学性能的实验方法。非晶合金由于强度高、塑性差，且受非晶形成能力限制难以制备大尺寸的块体材料，非晶合金样品在加载的极早期就发生破坏且难以回收观察其断口形貌，霍普金森压杆技术难以准确测试非晶合金的动态响应行为。目前，由于测试方法的复杂性和局限性，利用霍普金森压杆技术测量非晶合金的动态力学性能试验还未标准化。这会导致针对同种成分的非晶材料动态力学性能结果偏差较大。由于非晶合金的脆性，使得非晶样品在加载过程中应力不均匀、未达到恒应变率阶段就过早失效。另外，波在杆上的传播由于泊松效应会存在径向加速度从而产生径向的惯性应力，使得应力波振荡产生弥散。以上这些问题导致霍普金森实验技术很难应用到非晶合金的动态力学性能研究中。

发明内容

本发明的目的是提供一种非晶合金的动态力学性能测试装置及方法，用以准确获得非晶合金在高应变率下的动态力学性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种非晶合金的动态力学性能测试装置，包括：加载杆、缓冲装置、样品、应变片、紫铜片、超动态应变仪以及计算机数据采集系统；

所述加载杆包括同轴依次设置的撞击杆、入射杆、透射杆和吸收杆；所述缓冲装置设置在靠近所述吸收杆的一端；所述入射杆靠近所述撞击杆的端面中心粘贴有所述紫铜片；所述入射杆和所述透射杆的中间位置粘贴有所述应变片；所述样品放置在所述入射杆和所述透射杆之间；当所述撞击杆撞击所述入射杆时，所述样品发生形变，所述应变片以及所述超动态应变仪对采集到的入射波、反射波和透射波进行转化并发送至所述计算机数据采集系统；所述计算机数据采集系统将转化后的数据记录并保存为数据文件；所述数据文件为电压-时间数据点；所述计算机数据采集系统还用于对所述数据文件进行处理，得到所述样品的应力和应变；

所述紫铜片的直径与所述加载杆的直径之比为0.25～0.5；所述紫铜片的厚度与所述紫铜片的直径之比为0.125～0.5。

可选地，所述样品两侧设置有垫块；所述垫块的材质为马氏体时效钢，所述垫块的直径与所述加载杆的直径相同，所述垫块的高度大于所述样品的高度。

可选地，所述垫块与所述样品的接触面均涂有润滑剂。

可选地，所述样品下方设置有回收装置，所述回收装置用于回收试验后的样品。

可选地，所述样品的四周设置有限位环，所述限位环的材质为马氏体时效钢，所述限位环的外径与所述加载杆的直径相同，所述限位环的内径大于所述样品的直径的两倍，所述限位环的高度与所述样品的高度之比为0.9～0.95。

可选地，所述加载杆由55CrSi钢制成，直径为16mm。

可选地，所述入射杆、所述透射杆和所述吸收杆的长度为1000mm，所述撞击杆的长度为200mm。