一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法，包括底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、应变片、吸收杆、阻尼器、螺母、试样位置、对中孔、键槽等结构。其中，底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、吸收杆、阻尼器沿轴线依次分布。本发明专利技术利用轻气炮作为驱动装置，应变率能实现超高(10

A dynamic impact shear device and method to realize ultra-high controllable strain rate

【技术实现步骤摘要】
一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法
本专利技术涉及材料动态力学性能研究领域，尤其涉及一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法。
技术介绍
霍普金森剪切装置是研究材料动态力学性能的主要装置，可以得到材料在高应变率(102～105s-1)下的力学性能参数。目前的分离式霍普金森压杆装置是通过入射杆冲击试样的方式实现加载。这种方法的缺点在于：为了保证获得完整的入射波形和反射波形，入射杆的长度远大于输出杆的两倍，在实际加工中，入射杆加工难度较大，这就导致装置加工成本较高。其次，装置使用气枪作为驱动源，由于撞击速度与气压的对应关系难以确定，因此无法准确控制试验时的应变率，需要尝试多次试验才能达到所需应变率。无法实现应变率可控。并且，轻合金例如钛合金、铝合金等由于其优良的综合性能被广泛应用于航空航天部件中，其主要的加工方式为高速切削。高速切削过程中材料处于“高应变率(>106s-1)、大应变、高温”条件下。而目前常用的霍普金森剪切装置的应变率能达到105s-1，不能实现高速切削过程中的高应变率加载。因此，其难以得到钛、铝等航空轻合金在超高应变率加载下的动态力学性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法，以实现超高可控应变率加载下的材料力学性能的测量。本专利技术提供的超高可控应变率的动态冲击剪切装置的技术方案是：一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法，包括底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、应变片、吸收杆、阻尼器、螺母、试样位置、对中孔、键槽等结构。其中，底座、轻气炮、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、吸收杆、阻尼器沿轴线依次分布。所述磁电式速度测量装置位于试样夹持器和轻气炮之间，且磁电式速度测量装置靠近试样夹持器一侧。目的是为了更为准确的反馈弹子的瞬时速度，便于后续计算。试样夹持器中包含与输出杆进行固定的键槽以及固定试样的槽。试样装在试样夹持器中，弹子依次通过磁电式速度测量装置、对中孔、试样。本专利技术提供的超高可控应变率的动态冲击剪切方法是根据一维应力波假定和短试样的应力/应变沿其长度均匀分布假定得到试样的平均应力、应变率和应变。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1.去掉入射杆，结构简化，降低装置成本和加工难度。2.通过调整轻气炮的气压大小调整弹子冲击速度，实现速度可控，轻气炮的弹子速度能达到107m/s以上，试样为薄试样(标距(厚度)为1-2mm)，根据应变率等于冲击速度除以试样标距，实现可控、超高应变率(107s-1量级)加载。附图说明图1试验装置三维示意图图2试验装置俯视图图3弹子、试样夹持器、磁电式速度测量装置位置示意图图4试样夹持器示意图图中：1、底座；2、轻气炮；3、螺栓；4、弹子；5、磁电式速度测量装置；6、试样；7、试样夹持器；8、输出杆；9、固定装置；10、应变片；11、吸收杆；12、阻尼器；13、螺母；14、试样位置；15、对中孔；16、键槽。具体实施方式本专利技术是一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法，包括底座1、轻气炮2、螺栓3、弹子4、磁电式速度测量装置5、试样6、试样夹持器7、输出杆8、固定装置9、应变片10、吸收杆11、阻尼器12、螺母13、试样位置14、对中孔15、键槽16等结构。其中，底座1、轻气炮2、弹子4、磁电式速度测量装置5、试样6、试样夹持器7、输出杆8、固定装置9、吸收杆11、阻尼器12沿轴线依次分布。所述磁电式速度测量装置5位于试样夹持器7和轻气炮2之间，磁电式速度测量装置8靠近试样夹持器7一侧。目的是为了更为准确的反馈弹子4的瞬时速度，便于后续计算。试样6装在试样夹持器7中，弹子4依次通过磁电式速度测量装置5、对中孔15、试样6。下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。首先，为了更好的表述本专利技术，对本专利技术实例中出现的参数进行说明，具体的参数与其表达的含义如下：E表示输出杆或者弹子的弹性模量；σs(t)表示试样的平均应力；表示试样的应变率；εs(t)表示试样的应变；C0表示波速；A表示输出杆截面积；As表示试样截面积；ls表示试样厚度；v(x1,t)表示弹子与试样界面处的质点速度；σ(x2,t)表示输出杆与试样界面处的应力；v(x2,t)表示输出杆与试样界面处的质点速度；εT(x2,t)表示输出杆与试样界面处的透射应变波。为了使本领域的技术员人更好的理解本专利技术技术方案，下面将结合计算公式对本专利技术作进一步的详细说明。动态剪切的应力/应变的获取是基于一维应力波和短试样的应力/应变沿其长度均分分布假定。本专利技术的原理为：磁电式速度测量装置5测得试样入射端的质点速度v(x1,t)，应变片10测得输出杆与试样界面处的透射应变波εT(x2,t)，将其带入式(1)～(2)：v(x2,t)＝C0εT(x2,t)(1)σ(x2,t)＝EεT(x2,t)(2)得到试样输出杆与试样界面处的质点速度v(x2,t)和输出杆与试样界面处的应力σ(x2,t)，将以上数据代入式(3)：得到试样的应变率，将式(3)得到的数据代入式(4)：得到试样的应变，将输出杆与试样界面处的透射应变波εT(x2,t)代入式(5)：得到试样的平均应力。上文对于一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法的原理进行了详细描述，下文将结合实例对试验装置进行说明。具体实施步骤如下：如图1、2所示，各个部件安装在导轨1上，将试样6固定在试样夹持器7靠近轻气炮2的一端，磁电式速度测量装置5调整到合适位置以便于测得v(x1,t)，并通过螺栓连接定位。试验时，通过调整弹子4的冲击速度实现实验所需应变率，冲击速度设定后，通过轻气炮2射出弹子4，弹子4冲击固定在试样夹持器7上的试样6，磁电式速度测量装置5测得弹子4的速度v(x1,t)，连同输出杆8上的应变片10测得的εT(x2,t)，将上述数据代入式(1)～(5)确定试样的平均应力σs(t)、应变率和应变εs(t)，通过相应的软件进行处理，最终得到材料在高应变率下的应力/应变曲线。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法，包括底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、应变片、吸收杆、阻尼器、螺母、试样位置、对中孔、键槽等结构。其中，底座、轻气炮、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、吸收杆、阻尼器沿轴线依次分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置及方法，包括底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、应变片、吸收杆、阻尼器、螺母、试样位置、对中孔、键槽等结构。其中，底座、轻气炮、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、吸收杆、阻尼器沿轴线依次分布。


2.根据权利要求书1所述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：付秀丽，时启航，潘永智，周彬，门秀花，王慧，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37