电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法，涉及实验力学测量技术领域，其技术方案要点是包括加载杆、应力波放大器、次级线圈、放电线圈、夹持装置和压力传感器，其特征是：压力传感器通过连接件与夹持装置的一侧固定连接，加载杆、应力波放大器、次级线圈和放电线圈位于夹持装置远离压力传感器的一侧，效果是通过设置前夹头和后夹头，前夹头和后夹头的内部均设有夹持块，利用夹持块将测试试件夹紧，可以有效避免高速加载过程中出现的试件滑脱。本发明专利技术利用电磁感应原理将电能最终转化为冲击动能，从而实现了在可控范围内对金属材料和复合材料及其连接结构在中应变率(1～500/s)下的有效测量。在中应变率(1～500/s)下的有效测量。在中应变率(1～500/s)下的有效测量。

【技术实现步骤摘要】
电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法


[0001]本专利技术涉及实验力学测量
，更具体地说，它涉及一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法。

技术介绍

[0002]应变率是现代材料力学领域性能研究的一个重要参数。一般而言，中应变率范围指的是在1/s～500/s之间的加载状态，低于1/s通常称为准静态加载，也叫低应变率加载，大于500/s则称作高应变率加载。目前低应变率主要通过材料拉伸试验机进行测试，也是最为常见的材料力学性能测试方法，而高应变率主要通过分离式霍普金森杆进行高速性能测试。
[0003]现代飞行器和高速列车以及高性能跑车在设计之初和服役过程中就要充分考虑结构的抗撞特性，这对于乘客安全和结构使用寿命具有重要意义。尤其对于现代飞机机身和机翼结构，鸟撞、冰雹和应急坠撞等现象时有发生，这就要求飞机在设计之初需要对相关材料及其结构在冲击载荷的性能做出有效的测试和分析。目前飞机上大量使用的钛合金、铝合金以及新型复合材料均在不同程度上表现出一定的应变率效应。中应变率恰恰是高速交通工具撞击载荷下经历的一种加载状态。高速拉伸试验机虽然可以实现中低应变率的测试，但是其主要通过相对匀速加载的方式进行测试。霍普金森杆试验装置只能实现高应变率的冲击测试，而且由于结构尺寸限制，不能用于常规连接结构件的动态性能测试，目前主要应用于基础力学性能的研究。
[0004]基于RLC放电回路的脉冲电磁力加载技术目前已经实现安全可控、高速加载、幅值可调等众多优势，在军工行业得到了广泛的应用和推广。对于电磁加载试验装置，专利号为201710399113.7的专利技术专利提供了一种基于电磁加载的机械连接接头高速冲击试验装置及试验方法，此方法利用电磁加载原理，通过控制电容和电压可以实现理论上0～50m/s的动态加载测试。该装置中的试件夹持部位没有解决夹紧的问题，采用螺栓进行穿孔的连接方式类似于多钉结构的连接，在动态加载过程中，夹头部位的连接孔附近会承担一定的冲击载荷，降低测试结果的准确性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种夹持装置稳固、测试快捷的电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，包括加载杆、应力波放大器、次级线圈、放电线圈、夹持装置和压力传感器，压力传感器通过连接件与夹持装置的一侧固定连接，加载杆、应力波放大器、次级线圈和放电线圈位于夹持装置远离压力传感器的一侧，加载杆、应力波放大器、次级线圈和放电线圈依次排列，且连接在一起，放电线圈靠近夹持装置的一侧通过螺栓与线圈支座连接；
[0007]夹持装置包括前夹头和后夹头，且前夹头和后夹头均为门字形结构，前夹头和后
夹头内腔的前后两侧均设有夹持块，前夹头和后夹头门子形夹持部位的两侧均开设有螺纹孔，夹持块与前夹头和后夹头夹头部位配合的斜面开设有埋头孔，且埋头孔的位置与螺纹孔的位置相对应。
[0008]优选地，前夹头和后夹头的外围均加装有保护框。
[0009]优选地，加载杆背离应力波放大器的一侧设有阻尼器，且加载杆与阻尼器不接触，阻尼器为筒状结构，且阻尼器的内部填充橡皮泥或者泡沫。
[0010]优选地，加载杆和线圈支座的材质为不锈钢。
[0011]优选地，放电线圈为圆形通孔结构，且放电线圈的中心设有直线滑动轴承，放电线圈和加载杆之间间隙配合，放电线圈靠近线圈支座的一侧设有塑胶底座，且塑料底座和线圈支座之间通过第一螺栓连接，加载杆与前夹头之间通过第二螺栓连接。
[0012]优选地，次级线圈为圆饼状结构。
[0013]优选地，连接件包括固定连接杆，固定连接杆通过固定支架和压力传感器连接，且固定连接杆远离固定支架的一侧与夹持装置固定连接，固定支架的底部设有加载试验台，固定支架为对称的倒T形结构，且固定支架靠近加载试验台一侧的两端均设有强筋，强筋与加载试验台之间通过配件连接。
[0014]优选地，配件包括第三螺栓，固定支架和加载试验台的上表面均开设有供第三螺栓装配的螺纹槽，且第三螺栓装配在螺纹槽的内部。
[0015]优选地，阻尼器和线圈支座均位于加载试验台的顶部，且阻尼器、线圈支座与加载试验台之间均通过第四螺栓进行固定。
[0016]一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸试验方法，包括以下步骤：
[0017]S1、安装测试试件：利用夹持装置对测试试件进行固定，然后分别连接电缆线、应变采集数据线和压力采集数据线，调整高速摄像机目标位置；
[0018]S2、设置充电电压参数：利用设备进行力学测试；
[0019]S3、充电和采集触发：输入目标充电电压值，对设备进行充电，充电完成之后，控制高速摄像、压力采集和应变采集的触发键；
[0020]S4、放电加载：按下各项数据采集触发键后立即按下放电开关按钮，完成一次的快速加载，并采集各项所需要的数据；
[0021]S5、数据处理。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0023]1、通过设置前夹头和后夹头，前夹头和后夹头的内部均设有夹持块，利用夹持块将测试试件夹紧，此时将第五螺栓放置在夹持块上开设的埋头孔中，第五螺栓通过前夹头和后夹头上开设的螺纹孔对试样进行夹紧，防止高速加载过程中出现试件滑动，从而保证测试结果的准确可靠。
[0024]2、本专利技术利用电磁感应原理将RLC放电回路的脉冲电磁能最终转化为材料测试的冲击动能，从而实现了在可控范围内对金属材料和复合材料在中高应变率(1～500/s)下的有效测量，填补了国内外在高速拉伸试验机和霍普金森杆加载测试之间的空白。
[0025]3、该专利技术装置具有成本低廉、操作简单、测试精度高、重复性好、结构稳定可靠等特点。
[0026]4、本专利技术也适用于冲击动力学领域的相关测量，可实现对不同连接接头和面板结
构在中应变率下的冲击性能测试，并可以保证测量数据与真实服役环境下结果的一致性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例的电磁力加载试验平台平面图；
[0028]图2为本专利技术实施例的加载实验平台三维结构示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例的夹持装置三维结构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例的夹持装置夹持块结构示意图；
[0031]图5为本专利技术实施例的电磁加载中应变率测试系统动力控制柜三维结构示意图；
[0032]图6为本专利技术实施例的不同电压下电磁加载中应变率测试系统脉冲电磁力曲线；
[0033]图7为本专利技术实施例的不同电压下电磁加载中应变率测试系统实际拉伸加载电磁力曲线；
[0034]图8为本专利技术实施例的2024铝合金不同应变率下电磁加载拉伸失效力学响应曲线。
[0035]1、阻尼器；2、加载杆；3、应力波放大器；4、次级线圈；5、放电线圈；6、线圈支座；7、夹持装置；8、固定连接杆；9、固定支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，包括加载杆(2)、应力波放大器(3)、次级线圈(4)、放电线圈(5)、夹持装置(7)和压力传感器(10)，其特征是：压力传感器(10)通过连接件与夹持装置(7)的一侧固定连接，加载杆(2)、应力波放大器(3)、次级线圈(4)和放电线圈(5)位于夹持装置(7)远离压力传感器(10)的一侧，加载杆(2)、应力波放大器(3)、次级线圈(4)和放电线圈(5)依次排列，且连接在一起，放电线圈(5)靠近夹持装置(7)的一侧通过螺栓与夹持装置(7)连接；夹持装置(7)包括前夹头(12)和后夹头(13)，且前夹头(12)和后夹头(13)均为门字形结构，前夹头(12)和后夹头(13)内腔的前后两侧均设有夹持块(14)，前夹头(12)和后夹头(13)门子形夹持部位的两侧均开设有螺纹孔，夹持块(14)与前夹头(12)和后夹头(13)夹头部位配合的斜面开设有埋头孔，且埋头孔的位置与螺纹孔的位置相对应。2.根据权利要求1所述的电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，其特征是：前夹头(12)和后夹头(13)的外围均加装有保护框(15)。3.根据权利要求2所述的电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，其特征是：加载杆(2)背离应力波放大器(3)的一侧设有阻尼器(1)，且加载杆(2)与阻尼器(1)不接触，阻尼器(1)为筒状结构，且阻尼器(1)的内部填充橡皮泥或者泡沫。4.根据权利要求1所述的电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，其特征是：加载杆(2)和线圈支座(6)的材质为不锈钢。5.根据权利要求1所述的电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，其特征是：放电线圈(5)为圆形通孔结构，且放电线圈(5)的中心设有直线滑动轴承，放电线圈(5)和加载杆(2)之间间隙配合，放电线圈(5)靠近线圈支座(6)的一侧设有塑胶底座，且塑料底座和线圈支座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹增强，曹跃杰，张铭豪，李想，袁昕宇，杜蒙，王晓荷，
申请(专利权)人：陕西大工旭航电磁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：