详情

原文传递用于测试材料在中应变率下的扭转力学性能的测试装置及测试方法

专利名称：	用于测试材料在中应变率下的扭转力学性能的测试装置及测试方法
摘要：	本发明提供一种用于测试材料在中应变率下的扭转力学性能的测试装置，包括扭转波加载单元、波导杆单元以及数据采集单元，所述波导杆单元包括间隔设置的入射杆和透射杆，所述入射杆接收由所述扭转波加载单元所加载的扭转波，所述数据采集单元包括多对应变片以及数据采集器，多对应变片分别接入所述数据采集器，以通过所述数据采集器采集所述入射杆与所述透射杆的应变信号。本发明所述测试装置以及测试方法实现了使用霍普金森杆实验装置对测试材料样品进行中应变率的加载，从而使得在中应变率下测试各个材料的扭转力学性能成为可能；再者，所述测试装置中的扭转波加载单元所产生的脉宽较长，足以使得测试材料样品在中应变率下获得足够大的应变。
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：	李玉龙;刘琛琳;金康华;聂海亮;索涛
专利状态：	有效
申请日期：	2018-04-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201810402275.6
公开号：	CN110411862A
代理机构：	北京中珒知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	赵婷
分类号：	G01N3/26(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：	1.一种用于测试材料在中应变率下的扭转力学性能的测试装置，其特征在于，包括：扭转波加载单元，用于向波导杆单元加载扭转波；波导杆单元，包括一对同轴设置的扭转杆，其分别为入射杆(21)以及透射杆(22)，所述入射杆(21)的一端与所述扭转波加载单元相连接，以接收由所述扭转波加载单元所加载的扭转波，所述入射杆(21)的另一端与所述透射杆(22)之间形成有一间隔；以及数据采集单元，包括一对入射杆应变片(31)、一对透射杆应变片(32)以及数据采集器(33)，其中，所述一对入射杆应变片(31)与所述一对透射杆应变片(32)分别粘贴于所述入射杆(21)与所述透射杆(22)的表面，两对应变片分别接入所述数据采集器(33)，以通过所述数据采集器(33)采集所述入射杆(21)与所述透射杆(22)的应变信号。 2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述扭转波加载单元为电磁驱动霍普金森扭杆加载单元，其包括扭转波加载枪、电源(12)以及分别与所述扭转波加载枪和所述电源(12)连接的电能储存与释放器(13)，所述电能储存与释放器(13)包括多个并联设置的脉冲电容，所述电能储存与释放器(13)由所述电源(12)处获得电能，以为所述多个脉冲电容充电，在充电完成后向所述扭转波加载枪放电，以驱动所述扭转波加载枪向所述波导杆单元加载扭转波；各个所述脉冲电容的充电和放电均由电子开关控制。 3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述电能储存与释放器(13)包括10个并联设置的脉冲电容，所述脉冲电容的额定电压为3000伏，额定电容为4mF；各个所述脉冲电容的充电和放电由电子开关控制。 4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述入射杆(21)与所述透射杆(22)均呈圆柱形杆；所述入射杆(21)的长度与所述透射杆(22)的长度相同，并且所述入射杆(21)的长度小于经由所述扭转波加载单元所加载的扭转波的脉宽长度与该扭转波波速乘积的四分之一；所述入射杆(21)的直径与所述透射杆(22)的直径相同也相同。 5.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述入射杆(21)与所述透射杆(22)分别为长度为50cm，直径为25mm的钛合金杆。 6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述一对入射杆应变片(31)具有相同的阻值和相同的灵敏系数，其以对称方式粘贴于所述入射杆(21)上，两者以相对设置的方式接入入射杆惠斯通电桥中，该入射杆惠斯通电桥中还包括一对相对设置的且电阻值相同的固定电阻，所述入射杆惠斯通电桥的输出信号被接入所述数据采集器(33)中；所述一对透射杆应变片(32)具有相同的阻值和相同的灵敏系数，其以对称方式粘贴于所述透射杆(22)上，两者以相对设置的方式接入透射杆惠斯通电桥中，该透射杆惠斯通电桥中还包括一对相对设置的且电阻值相同的固定电阻，所述透射杆惠斯通电桥的输出信号被接入所述数据采集器(33)中。 7.如权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述一对入射杆应变片(31)分别粘贴于所述入射杆(21)长度的二分之一处，其设置方向与所述入射杆轴线之间的夹角为45°；所述一对透射杆应变片(32)分别粘贴于所述透射杆(22)长度的二分之一处，其设置方向与所述透射杆轴线之间的夹角为45°。 8.如权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述数据采集单元进一步地包括一对试样应变片(34)，两者的阻值与灵敏系数相同，所述一对试样应变片(34)通过导线接入试样惠斯通电桥中，所述试样惠斯通电桥的输出信号被接入所述数据采集器(33)中。 9.如权利要求7或8所述的测试装置，其特征在于，所述入射杆应变片(31)、所述透射杆应变片(32)以及试样应变片(34)的电阻值均为120欧，其灵敏系数均为2.0。 10.一种使用如权利要求1-9所述的测试装置对材料在中应变率下的扭转力学性能进行测试的测试方法，其特征在于，包括如下步骤： S01：将测试材料样品(4)设置于所述入射杆(21)与所述透射杆(22)之间，所述测试材料样品(4)、所述入射杆(21)与所述透射杆(22)同轴设置； S02：由所述扭转波加载单元向波导杆单元加载扭转波； S03：经由所述数据采集单元获取材料在中应变率下的扭转力学性能参数； S04：绘制所述测试材料样品(4)在中应变率下的扭转实验曲线。 11.如权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述测试装置中的扭转波加载单元包括扭转波加载枪、电源(12)以及分别与所述扭转波加载枪和所述电源(12)连接的电能储存与释放器(13)，所述电能储存与释放器(13)包括多个并联设置的脉冲电容，所述步骤S02进一步地包括如下步骤： S21：利用所述电源(12)对所述电能储存和释放器(13)进行充电； S22：待所述电能储存与释放器(13)充满电后，由该电能储存与释放器(13)对扭转波加载枪进行放电，以激活所述扭转波加载枪产生扭转波。 12.如权利要求11所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S03进一步地包括如下步骤： S31：将由所述数据采集单元测得的所述入射杆(21)与所述透射杆(22)上的应变信号分别转化为入射杆端的应力σI为入射杆端的应力以及透射杆端的应力σT； S32：根据公式(2)σS＝Ab(σI+σT)/2AS计算得出所述测试材料样品(4)的内部应力，其中，σI为入射杆端的应力，σT为透射杆端的应力，σs为试样内部的平均应力，Ab为所述入射杆(21)与所述透射杆(22)杆的截面积，As为所述测试材料样品(4)的截面积。 13.如权利要求12所述的测试方法，其特征在于，所述数据采集单元进一步地包括试样应变片(34)，所述试样应变片(34)通过导线与所述数据采集器(33)相连接，所述测试方法中的所述步骤S01进一步地包括将所述试样应变片(34)粘贴于所述测试材料样品(4)的表面，所述测试方法中的所述S03步骤进一步地包括步骤S33)通过所述试样应变片(34)测得所述测试材料样品(4)的应变εS，并将所测得的所述测试材料样品(4)的应变由所述数据采集器(33)记录。 14.如权利要求13所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法中的所述S04步骤进一步地包括： S41：以公式(2)σS＝Ab(σI+σT)/2AS得到的试样内部应力σS为Y轴，所测得的试样的应变信号εs为X轴作图，以得到所述测试材料样品(4)的中应变率扭转应力-应变曲线； S42：对所测得的测试材料样品(4)的应变εs对时间求导数，以得到该测试材料样品(4)的应变率并将该测试材料样品(4)的应变率作为Y轴，以时间作为X轴作图，以得到所述测试材料样品(4)中应变率扭转应变率-时间曲线。
所属类别：	发明专利