一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统技术方案

本申请公开一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，包括：电磁驱动线圈阵列发射器，包括：光控多级多绕线圈阵列、发射管道、圆柱形子弹、充放电回路及外壳；拉压双层杆件装置包括：压缩实验杆件、拉伸实验杆件及双层支撑件；压缩实验杆件包括：压缩入射杆、压缩透射杆及压缩杆件对中可调套管；拉伸实验杆件包括：拉伸透射杆、拉伸入射杆、承压环及拉伸杆件对中可调套管。本申请的磁阻式拉压双层霍普金森杆系统，整体上省去了一套子弹发射装置，使用双层结构，从而减小装置体积，结构上优化了线圈参数和布局，既避免了涡流减速力的减速作用且提高了能量转化率，功能上兼容不同长度的子弹，可用于产生更多宽度的应力波。

A magnetoresistive double layer micro Hopkinson rod system

The present application discloses a magnetoresistive pull-and-press double-layer miniature Hopkinson bar system, which comprises an electromagnetic drive coil array emitter, including an optically controlled multi-stage multi-winding coil array, a launching pipe, a cylindrical bullet, a charging and discharging circuit and a housing; and a pull-and-press double-layer rod device, including a compression test rod, a tensile test rod and a double-wound coil array transmitter. The compression test rod includes compression incident rod, compression transmission rod and compression rod alignment adjustable sleeve; the tensile test rod includes: tension transmission rod, tension incident rod, pressure ring and tension rod alignment adjustable sleeve. The magnetoresistive pull-and-press double-layer Hopkinson bar system in this application omits a set of bullet launcher as a whole and uses a double-layer structure, thereby reducing the size of the device, optimizing the coil parameters and layout in structure, avoiding the deceleration effect of eddy current deceleration force and improving the energy conversion rate, and functionally compatible with sub-lengths of different lengths. The bomb can be used to generate more width stress waves.

【技术实现步骤摘要】
一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统
本专利技术涉及动态冲击的
，更具体地，涉及一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统。
技术介绍
传统的气动式霍普金森杆系统，主要由平台支架、气室及发射气动机构、入射杆/透射杆/吸收杆、围压气动装置、超动态应变高速数据采集仪及配套的专用霍普金森压杆测试分析软件等构成，其用于测试材料在动态打击状态下的应力应变特性并得到在此应变率下的应力应变曲线。近些年来，随着材料科学的迅猛发展，尤其是在新型材料成型技术与加工工艺层出不穷后，这些新材料广泛应用于汽车、建筑、航空等领域，而这些新材料在应用中经常会遇到冲击载荷的作用，因此新材料在冲击载荷作用下的动态力学响应是用来衡量材料性能的一项重要指标。同时，随着3D打印技术的发展，各种金属或非金属微型结构的生产变得更加容易，并且被越来越多地用于吸能和结构减重等。因此，提供一套轻巧简单实用的材料动态力学性能测量设备是很有需求的。目前，材料动态力学性能研究的装置主要还是分离式霍普金森杆技术，这项技术的提出距今已有百余年，加载方案最主要的依然是压缩气体炮驱动子弹。利用该技术制作的霍普金森杆压缩或拉伸装置，同时具有加载和测量的功能。对材料做动态压缩和动态拉伸实验时，往往需要分别在霍普金森杆压缩实验装置和霍普金森杆拉伸实验装置上进行，但是两套设备的使用费用昂贵、结构复杂、占地面积大、操作繁琐等特性就极大地限制了其发展。在公开号：CN101666724A和公开号：CN101504326A的中国专利中都采用了一种双向发射气体炮装置实现拉伸与压缩实验的转化。双向发射气体炮根据实验的需要将于弹向左或向右加速，用作霍普金森压杆时，发射装置推动子弹直接撞击压缩入射杆；用作霍普金森拉杆时，发射装置可推动套筒子弹反方向撞击拉伸入射杆末端的法兰。使用这种方法可以在一个加载装置上实现拉伸或压缩的功能，避免了要实现拉伸或者压缩的加载需要建立两套系统的麻烦，降低了实验装置的成本。但是，使用这种方法，在进行拉伸实验和压缩实验的转化时，需要对整个装置和杆件系统进行重新安装和对中，导致效率低下，而且从而导致双向发射气体炮装置的体积依然比较庞大，使用成本依然比较昂贵。在公布号：CN103983512A的中国专利中，通过在实验杆相邻的两个端面添加实验转接头的方式，在一套装置上实现了拉伸和压缩加载。进行霍普金森压杆实验时，将实验转接头与实验杆相邻的两个端面螺纹连接，试件位于两个实验转接头之间，压缩实验发射装置驱动子弹撞击实验杆；进行霍普金森拉杆实验时，将实验转接头取下，两头带螺纹的试件与实验杆两端面螺纹连接，拉伸实验发射装置驱动实验杆上的圆筒状子弹撞击实验杆末端的法兰。使用这种方法，在进行拉伸实验和压缩实验的转化时，不需要大规模地换实验杆，仅需要更换实验转接头即可，进而避免了杆件系统的重新安装和对中，提高了效率。但是，使用这种方法，需要两套子弹驱动装置，导致成本增加，同时增加实验转接头也会对实验加载波形产生干扰和影响。但是采用气动驱动的拉压一体装置时，装置系统的体积大、操作复杂、重复性差、成本较高。而近年来，采用电磁驱动加载的方法得到了初步的发展，并取得了一定的成功。在公布号：CN103994922A的中国专利中，利用电磁铆枪的原理研制出可以产生压缩应力波和拉伸应力波的应力波发生器。该设备通过电容储电，并给线圈放电，由于放电过程极快，在线圈附近的锥形放大器中产生电磁脉冲斥力，进而在入射杆中产生应力波。当锥形放大器位于线圈和入射杆之间时，入射杆中产生的是压缩波，当线圈位于锥形放大器和入射杆之间时，入射杆中产生的是拉伸波。使用这种方法，可以在一定程度上对应力波进行控制，同时和传统气动的方式相比，实验的重复性更强一些。但是这种装置的体积巨大，装置成本和实验成本也十分高昂。在公布号：CN102135480A的中国专利申请中，提出了一种微型试件冲击加载与动态力学性能测量系统及方法，该方法引入电磁驱动子弹撞击加载的方法，同时由于电磁驱动装置的体积要远小于压缩气体炮驱动装置，从而使整个装置的尺寸缩小到了桌面级，但是该装置只能实现单一压缩或者拉伸实验的功能。在公布号：CN102879261A的中国专利申请中，又提出了一种拉压一体化微型装置，利用该装置，材料的动态压缩和拉伸性能在同一套装置上完成。但是，总结起来讲，上述采用电磁驱动的装置存在以下的缺陷：根据磁阻式电磁炮的原理，当子弹中心通过线圈中心之后，电磁线圈将对子弹产生一个减速力，因而需设计一个控制断电的电路，但是该方法需要保证子弹与线圈的长度相等，由于线圈长度不能变，这就限制了子弹的长度必须为一个定值，进而导致后续产生的应力波宽度不可变；断电之后电容中还剩余大量的余电，有安全隐患，同时效率较低，导致子弹无法获得更高的速度；子弹的最高速度决定了产生的应变率的最大值，理论上通过控制电容组电压值能够实现对后续应变率值的控制，但是该装置的电能提供单元控制复杂，这就影响了实验的可重复性；该微型装置的杆件系统尺寸很小，对杆件的对中要求很高，但是该装置没有提供一个可靠的对中装置。另外，这些装置虽然相比传统霍普金森杆装置的体积已经很小，定位为桌面级别的装置，但是相对于宽度，其长度方向上的尺度较大，宽度和高度方向上的空间没有得到充分利用，不利于其在桌面上的使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，解决了现有技术中采用电磁驱动的微型霍普金森杆系统无法控制其应变率与应力波宽度的问题，优化的电流放电波形避免了涡流减速力的影响，在装置体积减小的同时获得更好的加速效果，还不能兼容对不同长度的子弹的技术问题。同时，提供了一种实用的微型杆件对中调节结构。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，包括：支撑平台、拉压共用吸收装置、电磁驱动线圈阵列发射器及拉压双层杆件装置；其中，所述支撑平台，包括：底座、滑行轨道及支撑杆，所述滑行轨道位于所述底座上，且与所述底座构成T字形结构，所述支撑杆底部为滑行块，所述滑行块上设置有与所述滑行轨道相配合的滑行导轨，在所述滑行块上与所述滑行轨道相对的侧面上安装有支杆；所述电磁驱动线圈阵列发射器、拉压双层杆件装置及拉压共用吸收装置通过所述支撑杆依次放置在所述滑行轨道上；所述电磁驱动线圈阵列发射器，包括：发射管道、圆柱形子弹、充放电回路及外壳；所述圆柱形子弹位于所述发射管道的发射口，所述充放电回路包括：可调数字直流电源、电容组及多绕电磁短线圈模块，所述电容组，分别与所述可调数字直流电源及多绕电磁短线圈模块相连接，充电时接受所述可调数字直流电源的控制，放电时接受所述电磁短线圈的控制；所述多绕电磁短线圈模块环绕在所述发射管道外壁上；所述发射管道上的所述充放电回路大于或等于一个；所述外壳，套合在所述发射管道外侧；且所述电磁驱动线圈阵列发射器与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；所述拉压双层杆件装置，包括：压缩实验杆件、拉伸实验杆件及双层支撑件；所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件由所述双层支撑件支撑后与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；其中，所述压缩实验杆件，包括：压缩入射杆、压缩透射杆及压缩杆件对中可调套管，在所述压缩杆件对中可调套管内部设置有大于或等于四个的支撑环套，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，其特征在于，包括：支撑平台、拉压共用吸收装置、电磁驱动线圈阵列发射器及拉压双层杆件装置；其中，所述支撑平台，包括：底座、滑行轨道及支撑杆，所述滑行轨道位于所述底座上，且与所述底座构成T字形结构，所述支撑杆底部为滑行块，所述滑行块上设置有与所述滑行轨道相配合的滑行导轨，在所述滑行块上与所述滑行轨道相对的侧面上安装有支杆；所述电磁驱动线圈阵列发射器、拉压双层杆件装置及拉压共用吸收装置通过所述支撑杆依次放置在所述滑行轨道上；所述电磁驱动线圈阵列发射器，包括：发射管道、圆柱形子弹、充放电回路及外壳；所述圆柱形子弹位于所述发射管道的发射口，所述充放电回路包括：可调数字直流电源、电容组及多绕电磁短线圈模块，所述电容组，分别与所述可调数字直流电源及多绕电磁短线圈模块相连接，充电时接受所述可调数字直流电源的控制，放电时接受所述电磁短线圈的控制；所述多绕电磁短线圈模块环绕在所述发射管道外壁上；所述发射管道上的所述充放电回路大于或等于一个；所述外壳，套合在所述发射管道外侧；且所述电磁驱动线圈阵列发射器与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；所述拉压双层杆件装置，包括：压缩实验杆件、拉伸实验杆件及双层支撑件；所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件由所述双层支撑件支撑后与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；其中，所述压缩实验杆件，包括：压缩入射杆、压缩透射杆及压缩杆件对中可调套管，在所述压缩杆件对中可调套管内部设置有大于或等于四个的支撑环套，每个所述支撑环套由所述压缩杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；所述压缩入射杆及压缩透射杆穿过所述支撑环套的内环；且所述支撑环套为所述压缩入射杆及压缩透射杆提供支撑；在所述压缩入射杆及压缩透射杆上贴有应变片；所述拉伸实验杆件，包括：拉伸透射杆、拉伸入射杆、承压环及拉伸杆件对中可调套管；在所述拉伸杆件对中可调套管内部设置有大于或等于一个的支撑环套，每个所述支撑环套由所述拉伸杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；所述拉伸透射杆及拉伸入射杆穿过所述支撑环套的内环；且所述支撑环套为所述拉伸透射杆及拉伸入射杆提供支撑；在所述拉伸透射杆及拉伸入射杆上贴有应变片；所述拉压共用吸收装置，位于所述拉压双层杆件装置中所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件远离电磁驱动线圈阵列发射器的位置，用于吸收加载完成后的应力脉冲。...

【技术特征摘要】
1.一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，其特征在于，包括：支撑平台、拉压共用吸收装置、电磁驱动线圈阵列发射器及拉压双层杆件装置；其中，所述支撑平台，包括：底座、滑行轨道及支撑杆，所述滑行轨道位于所述底座上，且与所述底座构成T字形结构，所述支撑杆底部为滑行块，所述滑行块上设置有与所述滑行轨道相配合的滑行导轨，在所述滑行块上与所述滑行轨道相对的侧面上安装有支杆；所述电磁驱动线圈阵列发射器、拉压双层杆件装置及拉压共用吸收装置通过所述支撑杆依次放置在所述滑行轨道上；所述电磁驱动线圈阵列发射器，包括：发射管道、圆柱形子弹、充放电回路及外壳；所述圆柱形子弹位于所述发射管道的发射口，所述充放电回路包括：可调数字直流电源、电容组及多绕电磁短线圈模块，所述电容组，分别与所述可调数字直流电源及多绕电磁短线圈模块相连接，充电时接受所述可调数字直流电源的控制，放电时接受所述电磁短线圈的控制；所述多绕电磁短线圈模块环绕在所述发射管道外壁上；所述发射管道上的所述充放电回路大于或等于一个；所述外壳，套合在所述发射管道外侧；且所述电磁驱动线圈阵列发射器与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；所述拉压双层杆件装置，包括：压缩实验杆件、拉伸实验杆件及双层支撑件；所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件由所述双层支撑件支撑后与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；其中，所述压缩实验杆件，包括：压缩入射杆、压缩透射杆及压缩杆件对中可调套管，在所述压缩杆件对中可调套管内部设置有大于或等于四个的支撑环套，每个所述支撑环套由所述压缩杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；所述压缩入射杆及压缩透射杆穿过所述支撑环套的内环；且所述支撑环套为所述压缩入射杆及压缩透射杆提供支撑；在所述压缩入射杆及压缩透射杆上贴有应变片；所述拉伸实验杆件，包括：拉伸透射杆、拉伸入射杆、承压环及拉伸杆件对中可调套管；在所述拉伸杆件对中可调套管内部设置有大于或等于一个的支撑环套，每个所述支撑环套由所述拉伸杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；所述拉伸透射杆及拉伸入射杆穿过所述支撑环套的内环；且所述支撑环套为所述拉伸透射杆及拉伸入射杆提供支撑；在所述拉伸透射杆及拉伸入射杆上贴有应变片；所述拉压共用吸收装置，位于所述拉压双层杆件装置中所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件远离电磁驱动线圈阵列发射器的位置，用于吸收加载完成后的应力脉冲。2.根据权利要求1所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，其特征在于，所述多绕电磁短线圈模块，包括：光电控制开关、大电流晶闸管、多绕线圈及对外接口；所述光电控制开关与所述可调数字直流电源、大电流晶闸管、多绕线圈及对外接口相连接；进一步地，所述多绕电磁短线圈模块中具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘战伟，张驰涛，汪小明，侯岳，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11