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原文传递可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置及方法

专利名称：	可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置及方法
摘要：	本发明涉及一种可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置及方法，在传统分离式Hopkinson拉杆上加装了三套高精度延时器、1套电磁推杆系统和1套电磁拖曳系统，利用电磁推动机构和高精度延时装置可以精确控制高温动态拉伸试验中包括撞击产生过程、试样运动与加载杆组装过程、加载杆运动过程各个步骤的起止时间及整个试验过程的冷接触时间，可以精确地直接测试材料在高温下的动态力学性能。该装置集成程度高，操作简单，将传统Hopkinson高温拉伸试验方法经验性的操作流程标准化，自动化程度较高，避免气动控制重复性差的问题，大幅提高了高温动态拉伸试验的精确度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北工业大学
发明人：	李鹏辉;郭伟国;陈龙洋;王瑞丰;王培成
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910404838.X
公开号：	CN110196198A
代理机构：	西北工业大学专利中心
代理人：	王鲜凯
分类号：	G01N3/32(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	710072 陕西省西安市友谊西路127号
主权项：	1.一种可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，包括阻尼器(1)、吸收杆(2)、定位销(3)、法兰盘(4)、撞击管(5)、发射炮管(7)、入射杆(8)、透射杆(9)和粘贴于入射杆(8)和透射杆(9)上的应变片(10)；其特征在于还包括聚四氟乙烯托弹器(6)、发射电磁阀体(11)、发射延时器(12)、电磁推动机构(13)、推动延时器(14)、陶瓷滑轨(15)、电磁拖曳机构(16)、拖曳延时器(17)、聚四氟乙烯卡箍(18)、高频电磁感应加热机(19)、感应加热线圈(20)、发射气室(21)、增压电磁阀(22)、减压电磁阀(23)、压力传感器(24)、减压开关(26)、温控仪(27)、增压开关(28)、支座(29)和平台(30)；沿X主轴方向，阻尼器(1)、吸收杆(2)、定位销钉(3)、法兰盘(4)、撞击管(5)、发射炮管(7)、发射电磁阀体(11)、入射杆(8)、透射杆(9)和电磁拖曳机构(16)通过支座(29)固定于平台(30)，且各部件的轴心一致；其中，多个支座(29-1)与阻尼器(1)、吸收杆(2)和发射炮管(7为固定连接，多个支座(29-2)与入射杆(8)和透射杆(9)为滑动连接；吸收杆(2)与法兰盘(4)通过定位销钉(3)连接，法兰盘(4)连接入射杆(8)，撞击管(5)套在入射杆(8)外侧，与入射杆(8)形成滑动连接，其外部设有聚四氟乙烯托弹器(6)，一并置入发射炮管(7)内；发射炮管(7)后部设有发射电磁阀体(11)，发射气室(21)的输出管路与发射电磁阀体(11)连接；入射杆(8)与透射杆(9)相对部位设有凹槽，被测试样(31)被卡于凹槽之间；沿被测试试样(31)的Y轴方向设有滑轨(15)，滑轨(15)上设有感应加热线圈(20)，与滑轨(15)一侧的高频电磁感应加热机(19)连接；滑轨(15)的上端为电磁推动机构(13)，其推杆前端夹持推动试样(31)沿滑轨(15)进入入射杆(8)与透射杆(9)之间的试验区域；透射杆(9)后部通过聚四氟乙烯卡箍(18)与电磁拖曳机构(16)连接；启动感应加热线圈(20)对试样(31)加热，推动机构(13)将试样(31)推送，启动拖曳和启动发射。 2.根据权利要求1所述可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于：在电磁拖曳机构(16)的输入端设有拖曳延时器(17)，在推动机构(13)的输入端设有推动延时器(14)，在发射电磁阀体(11)的输入端设有发射延时器(12)；由温控仪(27)连接控制电磁感应加热机(19)，启动感应加热线圈(20)对试样(31)加热，同时连接控制拖曳延时器(17)，推动延时器(14)和发射延时器(12)，选择合适的延迟时间，实施加热、推送、拖曳和启动发射之间的自动配合。 3.根据权利要求1所述可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于：在发射气室(21)设有增压电磁阀(22)和减压电磁阀(23)，分别由增压开关(28)和减压开关(26)控制，发射气室(21)与发射电磁阀体(11)之间的管路上设有压力传感器(24)。 4.根据权利要求1所述可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于：所述拉伸试样为两端带有凸台的平板式拉伸试样，凸台与入射杆和透射杆端部的凹槽完成钩挂配合。 5.根据权利要求1所述可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于：所述入射杆(8)采用直径为19mm、长度2500mm的钛合金圆杆；所述透射杆(9)采用直径19mm、长度1200mm的钛合金圆杆；所述吸收杆(2)为直径19mm、长度300mm的钛合金圆杆。 6.根据权利要求1所述可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于：所述撞击管(5)为空心圆管，外径与法兰盘外径相同，内径等于杆径。 7.根据权利要求1所述可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于：所述滑轨(15)为陶瓷材料。 8.一种利用权利要求1～7所述任一项可精确定量化电磁控制的高温Hopkinson杆拉伸试验装置，其特征在于步骤如下：步骤1：将试样(31)置于位于陶瓷导轨(15)之上，使其位于感应加热线圈(20)的加热范围的中央。调整入射杆(8)和透射杆(9)的位置，使两根加载杆上的凹槽对准陶瓷导轨(15)，以确保组装过程中试样能顺利进入凹槽之内；步骤2：根据所需试验温度，设定温控仪(27)的控制温度为所需试验温度；设定发射延时器(12)的延时时间为T1，推动延时器(14)的延时触发时间为T2，拖曳延时器(17)的触发时间为T3；步骤3：通过增压开关(28)和减压开关(26)调节发射气室(21)内部压力至预定发射压力；步骤4：开启高频电磁感应加热机(19)，将试样(31)加热至预定试验温度T后启动保温功能，保温3min后，试样(31)上的温度分布已均匀；温控仪(17)发出触发信号，同时触发发射延时器(12)、推动延时器(14)和拖曳延时器(17)工作；首先，发射延时器(12)工作，开始延时计时，经过合理的延时时间T1后触发发射电磁阀体(11)开启，撞击管(5)沿发射炮管(7)向入射杆(8)的撞击端运动，撞击法兰盘(4)产生压缩加载波，经自由端面反射成为拉伸加载波，沿入射杆(8)向试样连接端传递；同时，推动延时器(14)触发电磁推动机构(13)工作，将加热后的高温试样(31)迅速推动，进入入射杆(8)和透射杆(9)上的凹槽；拖曳延时器(17)触发电磁拖曳机构(16)工作，迅速拖动透射杆(9)向后运动，拉紧试样(31)以消除试样与凹槽接触面之间的空隙；对延时时间T1、T2、T3的设置，实现在电磁拖曳机构(16)拖动透射杆(9)拉紧试样过程完成的同时，拉伸加载波正好传递至试样连接处，完成对试样(31)的加载；步骤5：撞击管(5)撞击入射杆(8)一端的法兰盘(4)，产生沿入射杆轴向的动态加载应力波，被粘贴在入射杆(8)上的应变片(10)采集记录为入射波(32)，应力波传递至试样(31)连接处，部分应力波反射回来被入射杆(8)上的应变计(10)记录下来作为反射波(33)，部分应力波进入透射杆(9)，由透射杆(9)上应变计(10)记录为透射波(34)；根据一维应力波理论获得材料在常温和高温动态拉伸载荷下的应力应变曲线，即：其中：C为弹性波波速，L为试样的长度，E为加载杆的弹性模量，A为加载杆的横截面积，As为试样的横截面积。
所属类别：	发明专利