[发明专利]一种能够直接产生拉伸应力波的装置

说明书

一种能够直接产生拉伸应力波的装置，第一电磁加载枪中的放电线圈与第二电磁加载枪中的放电线圈并联。两个电磁加载枪中放电线圈的正极接线柱连接，两个负极接线柱连接。本发明的电容器在放电电路开关闭合后放电，放电电流为半正弦脉冲电流，两个放电线圈中电流方向相同产生半正弦脉冲引力，以拉伸应力波的形式在入射杆中传播，利用该拉伸应力波对试样进行动态拉伸加载试验，首次采用对两个主动线圈同时放电，利用两个主动线圈之间产生的电磁力进行应力波加载试验：当两个主动线圈中放电电流方向相同时，产生引力；当两个主动线圈中放电电流方向相反时，产生斥力，仅通过改变电流方向实现拉伸加载与压缩加载的切换，就够简单操作方便。

技术领域

本发明涉及材料的动态力学性能测试技术领域，具体说是一种基于电磁力的应力波发生装置，所述装置可以作为霍普金森拉杆和压杆的应力波输入装置。

背景技术

在各种类型材料或结构的动态加载实验中，往往要用到霍普金森杆实验技术。这一方法的基本原理是：将短试样置于两根拉杆或压杆之间，通过某种方式对入射杆输入拉伸应力波或者压缩应力波，对试样进行加载。同时利用粘在拉杆或压杆上并距杆端部一定距离的应变片来记录脉冲信号。如果拉杆或压杆保持弹性状态，那么杆中的脉冲将以弹性波速无失真地传播。这样粘贴在拉杆或压杆上的应变片就能够测量到作用于杆端的载荷随时间的变化历程。通过对弹性杆中应力波的测量就可以推导获得试样材料的动态应力应变响应。

传统霍普金森杆实验技术中应力波是由压缩气体驱动子弹撞击入射杆产生。对于霍普金森拉杆，目前所采用的普遍加载技术是：将拉杆的撞击杆做成空心圆管，并在入射杆一端加工一个凸台，通过气枪将撞击管高速发射，当它运动到达入射杆端时，撞击管与入射杆端的凸台碰撞产生一列压缩波向入射杆凸台端传播，并在自由端反射成拉伸波，该拉伸波通过入射杆对试样进行加载。这种加载方式即称为“反射式拉伸”。

“反射式拉伸”的加载方式存在诸多缺点：(1)由于撞击杆是沿入射杆一端发射到另一端，所以入射杆上的凸台到气枪的那一段，处于无支撑的自由状态，这使得入射杆容易弯曲；(2)这种设计限制了撞击筒的长度在500mm左右，所以产生的入射波长度为0.2ms左右，但是对于延展性材料和低应变率实验，需要更长的入射波；(3)撞击筒的更换很不方便(4)由于撞击筒的筒壁厚度限制，需要很高的气压来加速撞击筒；(5)遭受撞击的凸台常常会发生塑性变形，导致设备不能正常工作；(6)凸台的存在使得入射拉伸波的波形受到影响，不能产生规整的梯形波。也有很多学者提出了不同的设计思路：使用空心的入射杆，撞击杆从入射杆里面穿过，但这种方式使实验操作更加复杂。

在公开号为CN103994922A的发明创造中提出了一种电磁霍普金森杆，其应力波是通过电磁加载枪中放电线圈与次级线圈之间通过电磁感应定律产生的，采用电磁驱动技术由次级线圈对入射杆直接进行应力波的加载。电磁霍普金森杆中拉伸波的加载方式与传统分离式霍普金森杆相同，是通过在拉杆一端增加一个反射凸台，电磁加载枪冲击压缩凸台，产生压缩波，压缩波在凸台自由端反射形成拉伸波，该拉伸波沿入射杆向试样传播，最终形成动态拉伸加载。

可以看出，电磁霍普金森杆实验技术与传统霍普金森杆相比，虽然应力波产生方式有着本质的区别，但是拉伸波都是由压缩波在凸台自由端反射形成，因而同样不能避免“反射式拉伸”存在的问题。

在申请号为201910330386.5的发明创造中提出的装置节省了庞大的占用面积，结构简单方便可靠。在申请号为201410171963.8的发明创造中提出的装置易于控制入射波幅值，操作简单、应变范围大、能够实现一些低应变率实验的不足。在申请号为201510049642.5的发明创造中提出的装置通过减小放电电阻，保证电磁力应力波发生器的欠阻尼工作状态，提高了入射波最大幅值和上升沿斜率。在申请号为201510047455.3的发明创造中提出的装置，实现等效加载设备的统一，保证了双轴霍普金森压杆和拉杆实验的入射波等效加载。在申请号为202110724132.9的发明创造中提出的装置实现了中应变率加载。但以上这些发明中产生拉伸波的方式依然为“反射式拉伸”，而且在进行压缩加载和拉伸加载切换时，需要拆除部分设备，调整位置后再重新进行安装，操作复杂。