[发明专利]一种材料旋转冲击响应特性测试系统

摘要

本发明涉及一种材料旋转冲击响应特性测试系统，该系统包括（i）旋转与冲击单元、（ii）数据采集单元及（iii）数据分析单元，本发明可以用于测试旋转‑冲击以及单冲击脉冲荷载作用下的材料特性，例如冲击钻进、旋转‑冲击钻进以及旋转钻进中的冲击效应以及其他旋转‑冲击荷载，通过测试输入杆中的应力波特征，可以揭示材料的结构及强度特性。反过来，也可用于研究冲击弹头的结构形状与材料特性，以获得好的入射波形和破坏效果。

主权项

一种材料旋转‑冲击响应特性测试系统，该系统包括（i）旋转与冲击单元、（ii）数据采集单元及（iii）数据分析单元，其特征在于；所述旋转与冲击单元由系统平台、脉冲发生单元、载样仓及旋转单元组成；所述脉冲发生单元由压力源、压力调节器、脉冲发射器、脉冲整形器、转换阀、动量陷波器及实验杆组成；所述载样仓用以承载试样；所述旋转单元由旋转电机、转速调节器及输出轴组成；所述数据采集单元由压力传感器、应变传感器、激光测速传感器、转速传感器、数据转换盒、数字式动态应变仪及数据集成箱组成；所述数据分析单元，将转换和数字集成的数据经数据接口及电缆传输到所述数据分析单元进行分析、存储和输出，并对材料的结构及物理力学特性进行分析；其中，所述系统平台为水平刚性支架，直接安装在水平地面上，所述脉冲发射器、动量陷波器及实验杆固定安装在所述水平刚性支架上；压力源为空压机，空压机通过压力管网与压力调节器连通，通过压力调节器的标准压力表进行标定，压力传感器设置在压力调节器管路中位于输入I‑输出O回路中压力表的前方，通过连接头与管路连通，所述压力调节器通过管道与所述脉冲发射器连通，脉冲发射器、脉冲整形器、转换阀、动量限波器、实验杆、钻头、载样仓和转速调节器位于同一水平轴线上，所述脉冲整形器、转换阀、动量限波器、实验杆从左到右依次连接，应变传感器设置在所述实验杆上，所述载样仓的一端与输出轴固连，输出轴通过转速调节器与旋转电机固连，由激光发射头和激光传感器的接收器组成的激光测速传感器设置在脉冲发射器和转换阀之间，探针安装在所述载样仓上，转速传感器设置在与载样仓上的探针对应的位置上，应变传感器与压力传感器通过线缆、接口与数据转换盒数据连接，数据转换盒与数字式动态应变仪数据连接，数字式动态应变仪与数据集成箱数据连接；激光测速传感器和转速传感器经线缆接入数据集成箱，数据集成箱将数据集成后输送到数据分析单元，所述数据分析单元包括计算机和打印机；采用旋转与冲击单元、传感器技术和数字集成技术，建立一种材料旋转‑冲击响应特性测试系统，通过旋转与冲击单元模拟旋转‑撞击过程，撞击实验杆后，使实验杆产生一定的速度和位移，同时在实验杆中产生入射应力波，当应力波达到实验杆端面后，撞击由旋转单元驱动的试样，并在撞击端面发生反射应力波，通过数据采集单元从实验杆采集拉/压及剪切应变，信号以电压或电子脉冲信号的形式，根据选定的采样频率直接输出到数据采集单元，经数据转换和数字集成后输入给数据分析单元，进行数据的存储、显示、分析、打印及网络传输，数据分析单元根据反射应力波原理，计算获得应变能、扭矩及被测材料的动态抗压强度参数，通过激光测速传感器和压力传感器获得系统的发射压力、撞击速率，从而分析材料在旋转‑冲击或单冲击条件下的结构及力学响应特性；其中，脉冲发生单元的压力测量由压力传感器来实现，原始感应信号为电压或电流；旋转单元所驱动的载样仓的旋转速率由电磁转速传感器测量，原始感应信号为电磁脉冲信号，实验杆的撞击速率通过激光测速传感器来实现，其原始输出信号为光电脉冲发生的时间，由系统设定的线激光长度获得冲击速率，应力应变由应变传感器、石英晶体压电传感器来实现。