【技术实现步骤摘要】
一种用于脆性材料的单向动态拉伸实验方法
本专利技术涉及材料动力学领域,具体是一种用于脆性材料单向动态拉伸力学性能测试的基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验方法。
技术介绍
确定脆性材料动态拉伸强度一直是材料动态力学领域中的重要课题。对于脆性材料来说,强度的测试一直是个难题。即使是在准静态加载条件下,一端固定,另一端加载的传统拉伸试验,操作起来也非常困难和复杂。试件加工过程所产生的误差以及装配时所产生的偏差,加载过程中的应力集中所造成的破坏模式不同都会对实验结果产生较大的影响。目前,测量脆性材料动态强度最常用的方法便是分离式霍普金森杆实验技术。这种技术的原理便是将待测试样置于两根波导杆之间,通过外力加速质量块撞击入射波导杆产生应力脉冲对试样加载,通过粘贴在两波导杆并距杆端有一定距离的应变片采集波导杆上的应变信息,利用移波法计算试样动态加载过程中的应力应变信息。自20世纪60年代Harding等利用霍普金森杆技术进行材料的动态拉伸性能测试以来,经过长期的发展,目前基于霍普金森杆实现动态拉伸加载的实验技术可以分为两类:一类是直接对试样进行拉伸加载,包括直接拉伸、反射式拉伸和层裂实验等;另一类是改变试样构形,将施加在试样上的压缩加载转换为对试样中某一部位的拉伸加载,如帽形试样、圆盘试样和三点弯试样等。脆性材料的直接拉伸实验,存在试样加工困难以及破坏形式不稳定等特点。本专利技术便主要是利用基于电磁式加载装置的脆性材料动态单、双向圆盘劈裂拉伸实验方法。由于传统霍普金森杆实验技术采用直接加载,加载波近似为方 ...
【技术保护点】
1.一种用于脆性材料的单向动态拉伸实验方法,其特征在于,具体过程是:/n步骤1、排布器材、装夹试样;/n步骤2、实验电压以及电容的选定:/n设定控制台电容充电器充电电压X为800V,并使该充电电压在电容充电器的额定电压以内;通过并联或串联多个电容器以调整基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验装置所需电容值;/n步骤3、电容充电器组充电:/n根据设定的充电电压,对电容充电器组进行充电;/n步骤4、单向动态加载:/n电容器组充电完成后,启动电磁加载实验系统的放电开关,使电磁加载枪的主线圈放电直至电容器电压降至0V;放电电流通过电磁加载枪主线圈并产生电磁斥力;/n该电磁斥力作用在次级线圈上,产生加载应力波,并通过入射杆传递至试样,对试样进行持续时间为120us的单向动态加载;/n步骤5、实验数据的采集和处理/n通过粘贴在所述入射杆上的应变片和透射杆上的应变片,将各电阻应变片所在的入射杆的应变信号或透射杆的应变信号分别转化成电压信号并输出至数据采集器中;/n根据桥盒公式(2)和移波法将由数据采集器所得到的入射杆上应变片的电压信号转化为反射应变ε
【技术特征摘要】
1.一种用于脆性材料的单向动态拉伸实验方法,其特征在于,具体过程是:
步骤1、排布器材、装夹试样;
步骤2、实验电压以及电容的选定:
设定控制台电容充电器充电电压X为800V,并使该充电电压在电容充电器的额定电压以内;通过并联或串联多个电容器以调整基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验装置所需电容值;
步骤3、电容充电器组充电:
根据设定的充电电压,对电容充电器组进行充电;
步骤4、单向动态加载:
电容器组充电完成后,启动电磁加载实验系统的放电开关,使电磁加载枪的主线圈放电直至电容器电压降至0V;放电电流通过电磁加载枪主线圈并产生电磁斥力;
该电磁斥力作用在次级线圈上,产生加载应力波,并通过入射杆传递至试样,对试样进行持续时间为120us的单向动态加载;
步骤5、实验数据的采集和处理
通过粘贴在所述入射杆上的应变片和透射杆上的应变片,将各电阻应变片所在的入射杆的应变信号或透射杆的应变信号分别转化成电压信号并输出至数据采集器中;
根据桥盒公式(2)和移波法将由数据采集器所得到的入射杆上应变片的电压信号转化为反射应变εR,将数据采集器所得到的透射杆上应变片的信号转化为透射应变εT
式中,ε为应变信号,K值是所选用的应变片的灵敏度系数,ΔU为相应采集通道的随着时间变化输出的电压值,U0为惠斯通电桥电压;
根据一维应力波理论,通过公式(3)、(4)和(5)得到单向加载条件下试样的内部应力σ、工程应变ε和工程应变率
式中,σ为待测试样的工程应力;ε为待测试样的工程应变;为工程应变率;E为钛合金波导杆弹性模量,A为钛合金波导杆横截面积,c0为钛合金波导杆弹性波波速,A0为待测试样横截面积,l0为待测试样测试段长度;
根据巴西圆盘劈裂公式得到试样的动态抗拉强度σT:
式中,D为待测圆盘试样直径,P为试样所受到的压应力,t为待测圆盘试样厚度;以时间t为横轴,以动态拉应力σt为纵轴作图,得到试样在单向动态拉伸条件下的应力-时间曲线;
以时间t为横轴,为纵轴作图,得到试样在单向动态拉伸条件下拉伸应变率-时间图;得到了试样的单向加载拉伸应力以及双向加载拉伸应变率随时间变化的曲线;至此,用于...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭亚洲,胡嘉奕,江斌,李玉龙,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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