基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置及其试验方法，涉及实验力学测试技术领域，包括成对的加载杆、应力波放大器、感应线圈、放电线圈、专用夹具、力传感器以及高速相机、计算机，各部件同轴安装在平台上，控制电路放电利用电磁感应原理在放电线圈与感应线圈之间产生电磁斥力，经过应力波放大器、加载杆、专用夹具对材料或结构试样施加瞬时冲击，完成单轴双向拉伸或压缩对称加载；同时通过力传感器测量记录应力，通过高速相机采集记录应变，数据记录在配套计算机上。本发明专利技术能在可控范围内对材料或结构实施中应变率范围下的单轴双向拉伸或压缩对称加载，且能获取准确应力应变数据。应力应变数据。应力应变数据。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及力学测试装置
，特别是涉及一种基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置及试验方法。

技术介绍

[0002]材料与结构在冲击载荷作用下动态力学响应和变形机制是目前冲击力学研究的前沿方向。相比传统的冲击加载方法如重力加载、空气炮加载、液压加载、炸药爆炸加载，电磁力加载具有可控性好、稳定性强、安全性高等诸多优势，已广泛应用于电磁铆接、电磁炮、电磁弹射等多项技术中。而利用电磁力加载的冲击测试试验装置已有一定的实例。
[0003]专利申请号为201210499101.9的专利技术公开了一种高速率单向拉伸试验装置及方法，该专利技术利用电磁力作为冲击拉伸加载动力实现高速加载，该专利技术为立式的单向加载，仅针对材料试样的高速拉伸冲击本构关系测量。专利申请号为201710399113.7的专利技术公开了一种机械连接接头高速冲击试验装置及试验方法，该专利技术利用电磁力加载实现了冲击剪切装置和拉脱试验装置一体化，所述试验方法包括直截加载试验方法和撞击加载试验方法，但该专利技术也为单向加载，且主要针对机械连接接头高速拉伸试验。专利申请号为202110724132.9的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，该专利技术利用专用夹具将测试材料扩展为金属材料和复合材料及其连接结构。专利申请号为202110939950.0的专利技术公开了一种基于电磁力加载的中应变率实验装置，该专利技术采用立式结构，能够做到拉伸和压缩一体化，但该专利技术也为单轴单向加载，具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能在可控范围内对材料或结构实施中应变率范围下的单轴双向拉伸或压缩对称加载，其双向加载的对称应力波时间误差在微秒级，加载力稳定可调，夹持稳固，且能获取准确应力应变数据。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，包括：
[0006]试验台，所述试验台的顶面上安装有多个调平支座；以及
[0007]调平支座，底板安装在多个所述调平支座上，所述调平支座用于调节整个装置的水平；以及
[0008]底板，所述底板上安装有对称加载机构；以及
[0009]对称加载机构，所述对称加载机构包括对称设置在试样两侧且结构相同的第一加载组件和第二加载组件，所述第一加载组件包括同轴装配的力传感器、应力波放大器、感应线圈、放电线圈、线圈支撑座、直线轴承、加载杆和夹具，所述放电线圈安装在线圈支撑座内，所述加载杆通过直线轴承装配在所述底板上的轴承座内；所述力传感器、应力波放大器、感应线圈、放电线圈和夹具均装配在所述加载杆上，所述放电线圈连接放电电路，所述
夹具用于夹持所述试样；以及
[0010]高速相机，所述高速相机用于通过非接触测量方式测量所述试样的应变情况。
[0011]在其中一个实施例中，单轴双向对称加载测试装置处于拉伸模式：所述第一加载组件的加载杆、力传感器、应力波放大器、感应线圈、放电线圈和夹具依次序同轴装配，所述第二加载组件与第一加载组件的装配方式相同；所述力传感器的两圆柱面分别与所述加载杆的凸台端面和所述应力波放大器的小径端面紧贴；所述感应线圈的两圆柱面分别与所述应力波放大器的大径端面和所述放电线圈的圆柱面紧贴。
[0012]在其中一个实施例中，还包括缓冲器，所述试验台上位于所述第一加载组件和第二加载组件的外侧分别对应设置有所述缓冲器。
[0013]在其中一个实施例中，所述缓冲器包括支架和葫芦状橡胶垫，所述葫芦状橡胶垫安装在所述支架顶部；所述缓冲器与所述对称加载机构同轴设置。
[0014]在其中一个实施例中，所述夹具包括夹具座、夹紧螺母、上楔块、下楔块、预紧螺栓、夹紧螺栓和限位框，所述夹具的大端开有一直径大于所述加载杆直径的夹具孔，所述夹具套接在加载杆上并通过两个夹紧螺母固定；所述夹具孔可与所述加载杆的不同轴安装；所述上楔块和下楔块上与试样的接触面设有45
°
滚花；所述预紧螺栓拧在夹具座中部的螺纹孔上并用于推动所述上楔块和下楔块沿轴向移动预紧；所述夹紧螺栓拧在夹具座小端两侧的螺纹孔上并用于推动上楔块和下楔块沿径向移动夹紧；所述夹具的小端套有两个限位框。
[0015]在其中一个实施例中，单轴双向对称加载测试装置处于压缩模式：所述第一加载组件中的放电线圈、感应线圈、应力波放大器、力传感器、加载杆和夹具依次序同轴装配，所述第二加载组件与第一加载组件的装配方式相同；所述力传感器的两圆柱面分别与所述加载杆的凸台端面和所述应力波放大器的小径端面紧贴；所述感应线圈的两圆柱面分别与所述应力波放大器的大径端面和所述放电线圈的圆柱面紧贴。
[0016]在其中一个实施例中，所述放电电路包括串联连接的电容器、电路等效电阻和放电开关，所述放电电路用于控制所述放电线圈放电。
[0017]本专利技术还提供一种基于电磁力的单轴双向对称加载试验方法，应用于上述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，包括以下步骤：
[0018]步骤一，调平测试平台，利用调平支座调节底板直至水平；
[0019]步骤二，安装测试试样，将第一加载组件和第二加载组件装配到位，试样放置在第一加载组件和第二加载组件的夹具之间，并对所述试样施加预紧力；
[0020]步骤三，标记试验区域，对试样标距段区域喷涂散斑，用高速摄像机对准目标区域后设置并矫正暗场，设置试验采集帧率和时长，试按触发器以验证高速相机采集正常，再将高速相机设置为高速采集待触发模式；
[0021]步骤四，连接力传感器，将力传感器连接采集卡后再连接上位机，检验采集是否正常后设为待触发模式；
[0022]步骤五，根据试验要求，依照公式计算，设置充电电压参数；
[0023]步骤六，输入目标充电电压值，对电容进行充电；
[0024]步骤七，按下放电按钮和高速采集录制按钮，完成一次加载，收集数据；
[0025]步骤八，依照所收集数据计算加载过程的实际应变率和应力－应变力学响应。
[0026]在其中一个实施例中，单轴双向对称加载测试装置处于拉伸模式时工作步骤如下：
[0027]步骤一，调平测试平台：利用调平支座调节底板直至水平；
[0028]步骤二，安装测试试样：将试样装夹在第一加载组件和第二加载组件的夹具之间，利用预紧螺栓和夹紧螺栓移动楔形块完成夹紧，之后调节夹紧螺母，将试样整体固定在两侧加载杆之间，使得试样在轴向有一个预紧拉力的同时，调节试样整体与加载杆的同轴度；
[0029]步骤三，标记试验区域：对试样标距段区域喷涂散斑，用高速摄像机对准目标区域后设置并矫正暗场，设置试验采集帧率和时长，试按触发器以验证高速相机采集正常，再将高速相机设置为高速采集待触发模式；
[0030]步骤四，连接力传感器：将力传感器连接采集卡后再连接上位机，检验采集是否正常后设为待本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，包括：试验台，所述试验台的顶面上安装有多个调平支座；以及调平支座，底板安装在多个所述调平支座上，所述调平支座用于调节整个装置的水平；以及底板，所述底板上安装有对称加载机构；以及对称加载机构，所述对称加载机构包括对称设置在试样两侧且结构相同的第一加载组件和第二加载组件，所述第一加载组件包括同轴装配的力传感器、应力波放大器、感应线圈、放电线圈、线圈支撑座、直线轴承、加载杆和夹具，所述放电线圈安装在线圈支撑座内，所述加载杆通过直线轴承装配在所述底板上的轴承座内；所述力传感器、应力波放大器、感应线圈、放电线圈和夹具均装配在所述加载杆上，所述放电线圈连接放电电路，所述夹具用于夹持所述试样；以及高速相机，所述高速相机用于通过非接触测量方式测量所述试样的应变情况。2.根据权利要求1所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，单轴双向对称加载测试装置处于拉伸模式：所述第一加载组件的加载杆、力传感器、应力波放大器、感应线圈、放电线圈和夹具依次序同轴装配，所述第二加载组件与第一加载组件的装配方式相同；所述力传感器的两圆柱面分别与所述加载杆的凸台端面和所述应力波放大器的小径端面紧贴；所述感应线圈的两圆柱面分别与所述应力波放大器的大径端面和所述放电线圈的圆柱面紧贴。3.根据权利要求2所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，还包括缓冲器，所述试验台上位于所述第一加载组件和第二加载组件的外侧分别对应设置有所述缓冲器。4.根据权利要求3所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，所述缓冲器包括支架和葫芦状橡胶垫，所述葫芦状橡胶垫安装在所述支架顶部；所述缓冲器与所述对称加载机构同轴设置。5.根据权利要求2所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，所述夹具包括夹具座、夹紧螺母、上楔块、下楔块、预紧螺栓、夹紧螺栓和限位框，所述夹具的大端开有一直径大于所述加载杆直径的夹具孔，所述夹具套接在加载杆上并通过两个夹紧螺母固定；所述夹具孔可与所述加载杆的不同轴安装；所述上楔块和下楔块上与试样的接触面设有45
°
滚花；所述预紧螺栓拧在夹具座中部的螺纹孔上并用于推动所述上楔块和下楔块沿轴向移动预紧；所述夹紧螺栓拧在夹具座小端两侧的螺纹孔上并用于推动上楔块和下楔块沿径向移动夹紧；所述夹具的小端套有两个限位框。6.根据权利要求1所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，单轴双向对称加载测试装置处于压缩模式：所述第一加载组件中的放电线圈、感应线圈、应力波放大器、力传感器、加载杆和夹具依次序同轴装配，所述第二加载组件与第一加载组件的装配方式相同；所述力传感器的两圆柱面分别与所述加载杆的凸台端面和所述应力波放大器的小径端面紧贴；所述感应线圈的两圆柱面分别与所述应力波放大器的大径端面和所述放电线圈的圆柱面紧贴。7.根据权利要求1所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，所述放电电路包括串联连接的电容器、电路等效电阻和放电开关，所述放电电路用于控制所述
放电线圈放电。8.基于电磁力的单轴双向对称加载试验方法，应用于权利要求1
‑
7中任一项所述的基于电磁力的单轴双向对称加载测试装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，调平测试平台，利用调平支座调节底板直至水平；步骤二，安装测试试样，将第一加载组件和第二加载组件装配到位，试样放置在第一加载组件和第二加载组件的夹具之间，并对所述试样施加预紧力；步骤三，标记试验区域，对试样标距段区域喷涂散斑，用高速摄像机对准目标区域后设置并矫正暗场，设置试验采集帧率和时长，试按触发器以验证高速相机采集正常，再将高速相机设置为高速采集待触发模式；步骤四，连接力传感器，将力传感器连接采集卡后再连接上位机，检验采集是否正常后设为待触发模式；步骤五，根据试验要求，依照公式计算，设置充电电压参数；步骤六，输入目标充电电压值，对电容进行充电；步骤七，按下放电按钮和高速采集录制按钮，完成一次加载，收集数据；步骤八，依照所收集数...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹增强，郭映江，张铭豪，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：