本发明专利技术公开了一种高应变速率拉伸试验的载荷测试装置及方法，该装置包括弹性杆(1)、应变片(2)、拉伸试验机(3)、夹具连接头(4)和数据采集器(5)；弹性杆的一端固定在拉伸试验机的下横梁(31)上，试样(6)的一端通过夹具连接头与弹性杆的另一端连接，试样的另一端固定在拉伸试验机的上横梁(32)上；若干片应变片分别间隔设置在弹性杆上，若干片应变片的输出端分别连接至数据采集器，每片应变片将其应力信号独立传输至数据采集器。本发明专利技术能在高应变速率下材料拉伸试验时通过分解应力波的传递和叠加，得到理想、可靠的动态力学性能数据，降低载荷信号振荡效应，获取加载在样品上的真实应力，提高测试结果的准确性。提高测试结果的准确性。提高测试结果的准确性。
【技术实现步骤摘要】
高应变速率拉伸试验的载荷测试装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种材料的性能检测装置及方法，尤其涉及一种高应变速率拉伸试验的载荷测试装置及方法。
技术介绍
[0002]在材料荷载测量的准静态试验过程中，采用电阻式称重传感器等传感器件对荷载进行检测，由于试验速度较低，测试系统各部件的加速度和系统振动较小，传感器件有足够的响应时间，容易测量得到准确的材料载荷。但在动态试验过程中，测得的载荷信号往往呈现出较大的抖动，而且对于同一种材料，不同试验者测得的动态试验曲线差异明显，而准确的应力应变曲线测量是影响动态试验质量关键问题，导致载荷的测量误差较大。尤其是在高应变速率(＞500/s)的动态试验过程中，荷载信号振荡较大，极大的影响了后续测量数据的准确性和易用性。
[0003]目前，单杆、霍普金森杆和液压伺服材料试验机是常用的材料荷载的测量设备。由于霍普金森杆的试验时长通常在500us以下，仅适用于超高应变速率(＞1000/s)的测试过程。在超高应变速率下，高强钢样品无法达到断裂失效的状态，不适用于汽车工业材料等高强度钢材的荷载测量试验。液压伺服材料试验机通常通过载荷传感器可直接测得试验件的拉伸载荷，但当拉伸速度较大时，测量的载荷数据表现出大幅度振荡。这主要是由于动态加载过程短时间内应力波的传播、反射和叠加引起夹持端共振，载荷传感器测试得到的数据已不是试件拉伸过程的真实载荷。
[0004]中国专利技术专利申请CN201811602413.1公开了一种霍普金森束杆动态测试系统，并具体公开了：包括水平十字支撑平台、中心立方体方箱、束杆、束杆固定和支撑架；X方向和Y方向束杆均为水平放置，Z方向束杆为竖直放置，通过束杆固定和支撑架整齐地将各个小尺寸单杆对称的捆绑起来构成较大尺寸的方形束杆；各单杆之间预留1mm至2mm的间隙，各个单杆上粘贴电阻应变片，各向束杆的横截面积和长度均相等，并且各个束杆内部动态应力波传播规律以及动态响应信号监测方式均相同。该测试系统三个方向的加载液压油缸和加载作动器用于对测试试样施加静态围压荷载，与板材需要的单向应力加载方式不同。同时环形电磁脉冲提供动态应力脉冲时间过短，试样无法达到断裂失效的状态，不能适用于金属板材达到断裂的测试需求。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种高应变速率拉伸试验的载荷测试装置，能用于高应变速率下材料拉伸载荷值的测量。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种高应变速率拉伸试验的载荷测试方法，能在高应变速率下材料拉伸试验时降低载荷信号振荡效应，提高测试结果的准确性。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]一种高应变速率拉伸试验的载荷测试装置，包括弹性杆、应变片、拉伸试验机、夹
具连接头和数据采集器；弹性杆的一端固定在拉伸试验机的下横梁上，试样的一端通过夹具连接头与弹性杆的另一端连接，试样的另一端固定在拉伸试验机的上横梁上；若干片应变片分别间隔设置在弹性杆上，若干片应变片的输出端分别连接至数据采集器，每片应变片将其应力信号独立传输至数据采集器。
[0009]所述的弹性杆的长度为450
‑
800mm，直径为20
‑
30mm。
[0010]所述的应变片的数量不少于三片。
[0011]所述的应变片为三片，其中两片应变片分别设置在弹性杆的两个端部，另一片应变片设置在弹性杆的中部。
[0012]一种高应变速率拉伸试验的载荷测试方法，该高应变速率拉伸试验的载荷测试方法基于高应变速率拉伸试验的载荷测试装置实现；所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试方法包括以下步骤：
[0013]步骤1：将试样固定在弹性杆与拉伸试验机的上横梁之间，在弹性杆上间隔粘贴不少于三片应变片；
[0014]步骤2：打开拉伸试验机，使上横梁向上拉伸，直至试样断裂；
[0015]步骤3：在上横梁向上拉伸的试验时间内，通过数据采集器分别实时采集若干片应变片的应力信号；
[0016]步骤4：根据若干片应变片的应力信号计算试样的载荷值。
[0017]所述的步骤2中，上横梁向上拉伸的速率设定为高应变速度率，高应变速率的范围是500
‑
1200/s。
[0018]所述的步骤3中，每片应变片的应力信号均包括该应变片在其粘贴位置处的应变值和应力值。
[0019]所述的步骤4包括：
[0020]步骤4.1：通过傅里叶变换将每片应变片的应力信号分别转化为频域信号；
[0021]任意时刻t，弹性杆上距离弹性杆顶端任意位置x处的应变值为ε(x,t)，应力值为N(x,t)，将ε(x,t)通过傅里叶变换得到将N(x,t)通过傅里叶变换得到
[0022]步骤4.2：根据频域信号得到频域方程；
[0023]根据一维应力波传递及其弥散效应，得到下列方程：
[0024][0025][0026]其中，A为弹性杆的截面积，E(ω)为杨氏模量，β(ω)为弥散系数，F(ω)为一维应力波正向传递函数；D(ω)为一维应力波反向传递函数；
[0027]步骤4.3：计算若干片应变片频域信号的最大似然函数，计算公式为：
[0028][0029]其中，N为应变片的总数，即N≥3；
[0030]ε(x
j
，t)为包含噪声的应变值；
[0031]为去除噪声后的应变值；
[0032]通过时域频域转换原理，将方程(3)转化为：
[0033][0034]步骤4.4：将若干片应变片的位置x及其应力信号代入方程(1)，并以方程(4)函数值的最小值为目标，计算得到F(ω)和D(ω)的解：
[0035][0036][0037]其中，
[0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045]和均为一维应力波正向传递函数F(ω)和一维应力波反向传递函数D(ω)的分量，为平均弥散系数；
[0046]步骤4.5：将F(ω)和D(ω)的解代入方程(2)中，得到试样与弹性杆连接的端部所受加载力在频域中的数据；
[0047]步骤4.6：将加载力在频域中的数据经过傅里叶逆变换，得到载荷时间曲线。
[0048]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0049]1、本专利技术由于设置了至少三个应变片，能通过分解应力波的传递和叠加，得到理想、可靠的动态力学性能数据，同时避免了白噪声对测试数据的影响，从而降低了载荷信号振荡效应，获取到加载在样品上的真实应力，提高测试结果的准确性。
[0050]2、本专利技术由于将拉伸试验机和弹性杆结合使用，可弥补弹性杆的试验时长过短的问题，实现理论上无限的实验时长，直到试样断裂失效。同时弹性杆的应用可以避免液压伺服材料试验机测量的载荷信号大幅振荡现象，应用于在高应变速率拉伸实验中可得到可靠的应力应变曲线，适用于高强度钢材等汽车工业材料的测试。
[0051]本专利技术能在高应变速率下材料拉伸试验时通过分解应力本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高应变速率拉伸试验的载荷测试装置，其特征是：包括弹性杆(1)、应变片(2)、拉伸试验机(3)、夹具连接头(4)和数据采集器(5)；弹性杆(1)的一端固定在拉伸试验机(3)的下横梁(31)上，试样(6)的一端通过夹具连接头(4)与弹性杆(1)的另一端连接，试样(6)的另一端固定在拉伸试验机(3)的上横梁(32)上；若干片应变片(2)分别间隔设置在弹性杆(1)上，若干片应变片(2)的输出端分别连接至数据采集器(5)，每片应变片(2)将其应力信号独立传输至数据采集器(5)。2.根据权利要求1所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试装置，其特征是：所述的弹性杆(1)的长度为450
‑
800mm，直径为20
‑
30mm。3.根据权利要求1所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试装置，其特征是：所述的应变片(2)的数量不少于三片。4.根据权利要求3所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试装置，其特征是：所述的应变片(2)为三片，其中两片应变片(2)分别设置在弹性杆(1)的两个端部，另一片应变片(2)设置在弹性杆(1)的中部。5.一种高应变速率拉伸试验的载荷测试方法，其特征是：该高应变速率拉伸试验的载荷测试方法基于权利要求1所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试装置实现；所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试方法包括以下步骤：步骤1：将试样(6)固定在弹性杆(1)与拉伸试验机(3)的上横梁(32)之间，在弹性杆(1)上间隔粘贴不少于三片应变片(2)；步骤2：打开拉伸试验机(3)，使上横梁(32)向上拉伸，直至试样(6)断裂；步骤3：在上横梁(32)向上拉伸的试验时间内，通过数据采集器(5)分别实时采集若干片应变片(2)的应力信号；步骤4：根据若干片应变片(2)的应力信号计算试样(6)的载荷值。6.根据权利要求5所述的高应变速率拉伸试验的载荷测试方法，其特征是：所述的步骤2中，上横梁(32)向上拉伸的速...
【专利技术属性】
技术研发人员：连昌伟，李亚，郑韬，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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