用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法，包括校准测试和应变测试，校准测试包括：用固定在平移台上的不透明校准板阻挡激光束，平移台可实现微米级位移，以固定步长移动校准板，通过三个激光探测器测量激光强度的变化，确定输出电压与位移的关系作为激光探测器的灵敏度系数；应变测试包括总应变测试：设入射端激光探测器、分光端激光探测器及透射端激光探测器的激光灵敏度系数分别为

【技术实现步骤摘要】
用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法
本专利技术属于金属材料测试领域，涉及一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置及其测试方法。
技术介绍
在基建工程日益发展的过程中，随着技术的进步，桥梁跨度越来越长，大厦越来越高。这其中，低质量高强度的金属材料起到了至关重要的作用。这些技术难度极高的建筑物的抗震等级要求很高，这就对了金属材料在地震荷载作用下的稳定性提出了很高的要求。因此，在实验室中准确测量金属材料在振动荷载作用下的性能是必不可少的。分离式霍普金森杆是一种可以用来测试高应变率下金属构件动态抗拉性能的装置，而传统的测试动态荷载作用下金属材料应变值需要在试件表面粘贴应变片，在粘贴应变片时很难精确对正应变片与金属构件的轴线，这就导致在应变测量过程中很容易存在一定的人为误差，而且应变片仅仅可以测量应变片粘贴范围内的局部应变。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术中分离式霍普金森杆在测试过程中应变片粘贴位置及测量误差对结果造成影响的问题，本专利技术提供一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置及其测试方法。技术方案：一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法，该装置包含校准测试装置和应变测试装置，包括校准测试和应变测试，校准测试包括：用固定在平移台上的不透明校准板阻挡激光束，平移台可实现微米级位移，以固定步长移动校准板，通过三个激光探测器测量激光强度的变化，确定输出电压与位移的关系作为激光探测器的灵敏度系数；应变测试包括总应变测试：设入射端激光探测器、分光端激光探测器及透射端激光探测器的激光灵敏度系数分别为k1、k2、k3，当激光强度变化超过分光端激光探测器的量程时，总应变作为入射端激光探测器和透射端激光探测器输出电压的函数，计算总应变εtot为：其中，u1(t)为入射端激光探测器输出电压，u3(t)为透射端激光探测器输出电压，Ls为金属试件总长度；当金属试件处于线弹性阶段时，激光强度变化没有超过分光端激光探测器的量程时，采用分光端激光探测器与透射端激光探测器的输出电压计算总应变εela：其中，u2(t)为分光端激光探测器输出电压。作为优选，应变测试还包括根据金属试件过渡段的形状和尺寸计算得到过渡段总变形，计算方法为：以金属试件的轴线为x轴，以过渡段与标距段的交界面过圆点的竖线为y轴建立直角坐标系，则在荷载F作用下过渡段的轴向应变计算公式如下：其中，Es是金属试件的弹性模量，A(x)是x轴坐标对应的截面面积，其计算公式如下：A(x)＝πr2(x)(4)其中，r(x)为横坐标x对应的试件截面半径，其计算公式如下：其中，R为圆弧过渡段的圆弧半径，r0是过渡段和标距段交界面的半径，设两个过渡段的总变形为ΔLx，通过对整个过渡段r(0)＝r0，r(x0)＝r1积分计算，根据式(3)，(4)，(5)可得：作为优选，应变测试还包括跟据金属试件总应变和过渡段的变形计算金属试件标距段的应变，计算方法为：金属试件总应变定义为：ΔL＝ΔLs-ΔLx(8)其中，ε为金属试件的总应变，ε取εtot或εela，ΔLs为金属试件的总变形，根据式(7)、式(8)计算标距段的总变形ΔL；再根据标距段的总变形和标距段的总长度计算标距段的应变为：其中L为标距段总长度。作为优选，所述校准装置包括金属试件、入射杆、透射杆、激光发射器、调光凸透镜、直角棱镜、入射端凸透镜，所述应变测试装置包含入射端激光探测器、分光端激光探测器及透射端激光探测器，金属试件两端分别与入射杆、透射杆连接，激光发射器位于金属试件一侧，调光凸透镜位于激光发射器与金属试件之间，直角棱镜位于金属试件另一侧，且直角棱镜的直角正对金属试件的中轴线，入射端凸透镜、入射端激光探测器、分光端凸透镜及分光端激光探测器与入射杆位于直角棱镜的同一侧，经过金属试件的光透过直角棱镜分光后的一半激光经过分光镜二次分光，一部分激光透过入射端凸透镜进入入射端激光探测器，另一部分激光透过分光端凸透镜进入分光端激光探测器；经过金属试件的光透过直角棱镜分光后的另一半激光透过透射端凸透镜进入透射端激光探测器。作为优选，还包括锁紧螺母，金属试件两端设有螺纹，金属试件两端分别与入射杆、透射杆通过螺纹连接，锁紧螺母用于锁紧金属试件与入射杆、金属试件与透射杆。作为优选，激光发射器发射出的激光经过调光凸透镜后形成可穿过金属试件并照射在直角棱镜上的平行激光。作为优选，所述平行激光具有宽度范围，宽度范围大于等于金属试件的长度。作为优选，透射端激光探测器和分光端激光探测器采用同等精度的高分辨率的激光探测器。作为优选，入射端激光探测器采用低分辨率的激光探测器。作为优选，金属试件包括中部的标距段和两端的过渡段，标距段为圆柱体，过渡段为圆弧过渡段，圆弧过渡段的侧面向轴线凹陷。有益效果：本专利技术提供一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法，相比较现有技术，采用激光分析来测量金属试件的应变，其原理是利用试件变形过程中导致激光强度的变化，高分辨率激光探测器将光信号的变化转化为电信号的变化，通过标定激光强度变化与应变值的关系，准确测量金属材料的拉伸应变值，相比较现有技术采用应变片的方法，测量结果更准确，人为影响更少。附图说明图1为用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置；图2为金属试件的结构示意图；图3为金属试件圆弧过渡段的示意图；图中：1金属试件，2入射杆，3透射杆，4锁紧螺母，5激光发射器，6调光凸透镜，7直角棱镜，8透射端凸透镜，9透射端激光探测器，10分光镜，11入射端凸透镜，12入射端激光探测器，13分光端凸透镜，14分光端激光探测器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法，该装置包含校准测试装置和应变测试装置，包括金属试件1、入射杆2、透射杆3、锁紧螺母4、激光发射器5、调光凸透镜6、直角棱镜7、入射端凸透镜11、入射端激光探测器12、透射端凸透镜8、透射端激光探测器9、分光镜10、分光端凸透镜13及分光端激光探测器14。如图2，金属试件1两端设有螺纹，金属试件1两端分别与入射杆2、透射杆3通过螺纹连接，锁紧螺母4用于锁紧金属试件1与入射杆2、金属试件1与透射杆3。激光发射器5位于金属试件1一侧，调光凸透镜6位于激光发射器5与金属试件1之间，直角棱镜7位于金属试件1另一侧，且直角棱镜7的直角正对金属试件1的中轴线，激光发射器5发射出的激光经过调光凸透镜6后形成可穿过金属试件1并照射在直角棱镜7上的平行激光，平行激光具有一定的宽度范围，宽度范围大于等于金属试件1的长度，直角棱镜7的直角将激光光路一分为二。入射端凸透镜11、入射端激光探测器12、分光端凸透镜13及分光端激光探测器14与入射杆2位于直角棱镜7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法，该装置包含校准测试装置和应变测试装置，其特征在于，包括校准测试和应变测试，/n校准测试包括：用固定在平移台上的不透明校准板阻挡激光束，平移台可实现微米级位移，以固定步长移动校准板，通过三个激光探测器测量激光强度的变化，确定输出电压与位移的关系作为激光探测器的灵敏度系数；/n应变测试包括总应变测试：设入射端激光探测器、分光端激光探测器及透射端激光探测器的激光灵敏度系数分别为k

【技术特征摘要】
1.一种用于分离式霍普金森杆的激光引伸计装置的测试方法，该装置包含校准测试装置和应变测试装置，其特征在于，包括校准测试和应变测试，
校准测试包括：用固定在平移台上的不透明校准板阻挡激光束，平移台可实现微米级位移，以固定步长移动校准板，通过三个激光探测器测量激光强度的变化，确定输出电压与位移的关系作为激光探测器的灵敏度系数；
应变测试包括总应变测试：设入射端激光探测器、分光端激光探测器及透射端激光探测器的激光灵敏度系数分别为k1、k2、k3，
当激光强度变化超过分光端激光探测器的量程时，总应变作为入射端激光探测器和透射端激光探测器输出电压的函数，计算总应变εtot为：



其中，u1(t)为入射端激光探测器输出电压，u3(t)为透射端激光探测器输出电压，Ls为金属试件总长度；
当金属试件处于线弹性阶段时，激光强度变化没有超过分光端激光探测器的量程时，采用分光端激光探测器与透射端激光探测器的输出电压计算总应变εela：



其中，u2(t)为分光端激光探测器输出电压。


2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，应变测试还包括根据金属试件过渡段的形状和尺寸计算得到过渡段总变形，计算方法为：
以金属试件的轴线为x轴，以过渡段与标距段的交界面过圆点的竖线为y轴建立直角坐标系，则在荷载F作用下过渡段的轴向应变计算公式如下：



其中，Es是金属试件的弹性模量，A(x)是x轴坐标对应的截面面积，其计算公式如下：
A(x)＝πr2(x)(4)
其中，r(x)为横坐标x对应的试件截面半径，其计算公式如下：



其中，R为圆弧过渡段的圆弧半径，r0是过渡段和标距段交界面的半径，π为3.14，
设两个过渡段的总变形为ΔLx，通过对整个过渡段r(0)＝r0，r(x0)＝r1积分计算，根据式(3)，(4)，(5)可得：





3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，应变测试还包括跟据金属试件总应变和过渡段的变形计算金属试件标距段的应变，计算方法为：
金属试件总应变定义为：



Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文强，刘福东，李良图，
申请(专利权)人：江苏禹治流域管理技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32