一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆，磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、试件、透射杆呈一线布置；脉冲电源系统给磁阻型扭转脉冲加载装置供电；所述脉冲整形器上承磁阻型扭转脉冲加载装置，下接入射杆，所述入射杆与所述透射杆之间放置试件。利用磁阻型扭转脉冲加载装置，通过脉冲整形器，直接给入射杆端施加一个所需的脉冲扭矩，弥补了现有预贮能型分离式霍普金森扭杆、炸药驱动的霍普金森扭杆装置和T形霍普金森扭杆装置、飞轮式霍普金森扭杆装置的诸多不足之处，大大减小了实验难度、极大地提高了实验效率。

An Electromagnetic Reluctance Hopkinson Torsion Bar

【技术实现步骤摘要】
一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆
本专利技术属于材料动态力学性能实验设备
，具体涉及一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆。
技术介绍
分离式霍普金森杆是一种研究一维应力状态下材料动态力学性能的有效实验装置。与霍普金森压杆和拉杆相比，霍普金森扭杆特别适用于研究动态剪切、纯剪切状态下的材料力学性能，且在杆中不存在径向惯性效应。利用霍普金森扭杆动态扭转试验最接近于一维应力波假设，再者，弹性杆中的扭转波传播不会发生弥散。在70年代T.Nicholas等人专利技术了预贮能型分离式霍普金森扭杆。所谓预贮能型分离式霍普金森扭杆是将扭转入射杆一分为二，其中一端有便于加外力矩(载荷)的旋转头，另一端则与试件相连(此段称为预扭段)。在分界处用一抱紧式夹具(其中主要件是一中部开有环状V形槽的螺栓)将杆夹住，阻止其扭转。用千斤顶或其它装置将旋转头旋转从而对预扭段扭转加载，在这一段上预贮扭转变形能。当预贮能量值达到实验者期望值时，实验者迅速释放夹持机构，预加载段的能量(应力、应变)以波的形式传向入射杆的未加载段形成扭转加载波。采用这种方式的主要不足之处有：1.夹紧装置很难将杆完全夹住而不发生旋转，往往在加载过程中要不断去加强夹紧力(进一步拧紧螺栓)，以阻止旋转滑动。在此过程中常常会发生螺栓突然断裂，致使该次实验失败。2.这种预贮能式扭杆在实验时通过拧断中部开有环状V形槽的螺栓释放夹具，而拧断螺栓的过程具有很大的随机性，严重影响波形的实验条件的重复性。1971年，Duffy等提出了一种新颖的爆炸加载方式。在入射杆加载端两侧对称(同直径上)固连两片旋转叶片，两组炸药包分别对称布置于两旋转叶片的同一侧。加载时，两包炸药通过导火索的并联实现同时点燃，爆炸产生的冲击力相当于对加载杆施加一对力偶，形成扭转波，完成动态扭转荷载的瞬时加载。爆炸冲击加载与预加扭矩加载方式相比，可以避免夹具压力不易控制、实验容易失败的问题，并且爆炸加载亦具有瞬时性的特点，能够大大降低应力波前沿升时，但也存在明显短板：(1)由于炸药成份、数量不易精确控制和炸药受潮等不可预测因素的影响，加载扭矩无法精确控制，实验重复性差；(2)爆炸加载过程中，试件实际上是受到变应变率加载作用，即常用爆炸加载方式难以保证常应变率加载。因此，该种方法也未得到广泛应用。2013年姜锡权等专利技术了T形分离式霍普金森扭杆，这种专利技术几乎克服了预贮能式扭杆的所有缺点，但是因为结构原因，在转换装置中不可避免地产生复杂的弯曲波，这种弯曲波又难以消除，会传入到扭转入射杆中。另外，对于大直径(如1000mm)的扭杆，因波在杆横截面上传播需要较长时间，与此同时，波已沿轴向传开，导致扭转入射波的上升沿不可能陡峭，影响了实验应变率的提高。飞轮式霍普金森扭杆装置解决了T形分离式霍普金森扭杆加载不对称引起的弯曲波问题及因杆(管)横截面过大引起的扭转入射波的上升沿不可能陡峭的问题，但是由于飞轮与入射杆端面接触是通过轴向移动的方式，力矩传递需要面面之间的摩擦力完成，由于从开始接触到完全接触(面面这间没有相对运动)需要一定的时间，这就使得这种方式产生的扭转脉冲上升沿过长，不能满足常规的霍普金森扭杆的要求。常规电动机产生的扭转波的上升沿一般不能满足常规的霍普金森扭杆的要求。即使采用特殊方式降低电枢中的电感，减小入射波的一些升时，但由于电枢与转子本体间的细小间隙(即使浸漆，也因漆的刚性不如转子本体材料的刚性，而被认为是软材料，影响所传递的波的升时。)影响入射波的升时。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆。本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆，包括脉冲电源系统、磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、透射杆及放置在入射杆与透射杆相邻端部的试件；磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、试件、透射杆呈一线布置；脉冲电源系统给磁阻型扭转脉冲加载装置供电；所述脉冲整形器上承磁阻型扭转脉冲加载装置，下接入射杆，所述入射杆与所述透射杆之间放置试件；所述磁阻型扭转脉冲加载装置内有转子，所述磁阻型扭转脉冲加载装置在脉冲电流的作用下，其转子输出一个短升时的脉冲扭矩；转子将该脉冲扭矩传给脉冲整形器，脉冲整形器对脉冲进行整形，进而传递给入射杆，该脉冲在入射杆中向试件所在端传播，在试件处发生反射和透射，反射信号在入射杆中形成反射脉冲传向入射杆的加载端；透射信号形成透射脉冲向透射杆的自由端传播。所述脉冲整形器是一个消耗型部件，通过它的变形和破坏将磁阻型扭转脉冲加载装置传来的短升时的脉冲扭矩整形成试验所需要的脉冲扭矩。所述脉冲电源为一具有高电压、强电流并配备瞬态开关的部件。转子置于使磁阻最大的位置。所述的瞬态开关为微秒级别。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术中，利用磁阻型扭转脉冲加载装置，通过脉冲整形器，直接给入射杆端施加一个所需的脉冲扭矩，弥补了现有预贮能型分离式霍普金森扭杆、炸药驱动的霍普金森扭杆装置和T形霍普金森扭杆装置、飞轮式霍普金森扭杆装置的诸多不足之处，大大减小了实验难度、极大地提高了实验效率。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；图1为本专利技术提供的电磁式磁阻型霍普金森扭杆的正视图；图中标号说明：1-脉冲电源，2-磁阻型扭转脉冲加载装置3-脉冲整形器，4-入射杆，5-试件，6-透射杆，7-滚动支座。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参阅图1，本专利技术提供了一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆，包括脉冲电源1、磁阻型扭转脉冲加载装置2、脉冲整形器3、入射杆4、试件5、透射杆6及滚动支座7，用于支撑入射杆和透射杆。磁阻型扭转脉冲加载装置2、脉冲整形器3、入射杆4、试件5、透射杆6呈一线布置。本专利技术中所述的脉冲电源1为一具有高电压、强电流并配备瞬态开关的部件，所述的瞬态开关为微秒级别。所述的磁阻型扭转脉冲加载装置2，依据磁阻最小原理，(即：“磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”，或者说“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”)工作。与普通双凸极可变磁阻电动机的主要区别在于：磁阻型扭转脉冲加载装置2是通过一个强电脉冲励磁，只需要转子输出一个脉冲扭矩，而不是驱动转子连续转动。本专利技术提供的一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆的工作原理为：将转子置于磁阻最大的位置(角度)，接通脉冲电源1给磁阻型扭转脉冲加载装置2励磁，依据磁阻最小原理，所励磁场给转子施加一个脉冲扭矩使其产生转动(或转动趋势)，以期磁路中的磁阻减到最小。转子将该脉冲扭矩传给脉冲整形器3。脉冲整形器依据自己的变形和破坏规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆，其特征在于：包括脉冲电源系统、磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、透射杆及放置在入射杆与透射杆相邻端部的试件；磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、试件、透射杆呈一线布置；脉冲电源系统给磁阻型扭转脉冲加载装置供电；所述脉冲整形器上承磁阻型扭转脉冲加载装置，下接入射杆；所述磁阻型扭转脉冲加载装置内有转子，所述磁阻型扭转脉冲加载装置在脉冲电流的作用下，其转子输出一个短升时的脉冲扭矩；转子将该脉冲扭矩传给脉冲整形器，脉冲整形器对脉冲进行整形，进而传递给入射杆，该脉冲在入射杆中向试件所在端传播，在试件处发生反射和透射，反射信号在入射杆中形成反射脉冲传向入射杆的加载端；透射信号形成透射脉冲向透射杆的自由端传播。

【技术特征摘要】
1.一种电磁式磁阻型霍普金森扭杆，其特征在于：包括脉冲电源系统、磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、透射杆及放置在入射杆与透射杆相邻端部的试件；磁阻型扭转脉冲加载装置、脉冲整形器、入射杆、试件、透射杆呈一线布置；脉冲电源系统给磁阻型扭转脉冲加载装置供电；所述脉冲整形器上承磁阻型扭转脉冲加载装置，下接入射杆；所述磁阻型扭转脉冲加载装置内有转子，所述磁阻型扭转脉冲加载装置在脉冲电流的作用下，其转子输出一个短升时的脉冲扭矩；转子将该脉冲扭矩传给脉冲整形器，脉冲整形器对脉冲进行整形，进而...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜锡权，
申请(专利权)人：合肥姜水动态力学实验技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34