雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種霍普金森壓桿和拉桿實驗方法，特別是涉及一種雙軸霍普金森壓 桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在高應(yīng)變率環(huán)境下，霍普金森壓桿和拉桿實驗被廣泛應(yīng)用于材料力學(xué)性能測試， 其中霍普金森壓桿實驗用于測量材料壓縮性能，霍普金森拉桿實驗用于測量材料拉伸性 能。
[0003] 在實際中，由于霍普金森壓桿和拉桿實驗的加載方式不同，導(dǎo)致壓桿和拉桿實驗 加載設(shè)備相互分離，不能用一套設(shè)備完成兩類實驗。
[0004] 文獻"申請公布號是CN103926138A的中國發(fā)明專利"公開了一種基于電磁力的霍 普金森拉壓桿應(yīng)力波發(fā)生器及實驗方法，該方法實現(xiàn)了霍普金森壓桿和拉桿實驗加載設(shè)備 的統(tǒng)一。通過調(diào)整拉伸頭和壓縮頭到放電線圈的距離，既可以實現(xiàn)霍普金森壓桿實驗，也可 以實現(xiàn)霍普金森拉桿實驗。此外，該發(fā)明以電磁鉚槍技術(shù)為基礎(chǔ)，利用電容組對放電線圈放 電，放電線圈中激發(fā)強脈沖電流，強脈沖電流在次級線圈中引起感應(yīng)渦流，脈沖電流與感應(yīng) 渦流產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力經(jīng)過應(yīng)力波放大器放大后以應(yīng)力波的形式通過入射桿直截加 載到試樣表面，通過設(shè)置不同的放電電壓，可以有效的實現(xiàn)不同幅值入射波的精確加載，拓 展了霍普金森壓桿和拉桿實驗中的應(yīng)變率變化范圍。
[0005] 在雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗中，要求加載入射波同時從兩個相互垂直的方向 對試樣縱向和橫向進行等效加載，即縱向、橫向加載入射波前沿到達試樣接觸界面的時間 間隔必須小于Iy S，縱向、橫向加載應(yīng)力入射波幅值相同，縱向、橫向加載入射波脈沖寬度 相同。參照圖5、6。理論上分析，只需要將兩套相同的應(yīng)力波發(fā)生器垂直布置，分別由試樣 的縱向、橫向垂直加載入射波，即可實現(xiàn)雙向霍普金森壓桿和拉桿實驗加載設(shè)備統(tǒng)一，當兩 套裝置的充電電壓相同時，縱向、橫向入射波等效加載。但實際中，由于此種實驗設(shè)備PLC 控制系統(tǒng)存在反應(yīng)時差，同時放電電容器組存在5% -20 %的電容量誤差，放電可控硅觸發(fā) 時會有20mS-30ms的放電延。另外，實驗裝置加工時必然會存在一定誤差等，導(dǎo)致兩套實驗 設(shè)備產(chǎn)生的加載入射波幅值不等、脈沖寬度不同、加載異步等結(jié)果，最終難以實現(xiàn)雙軸霍普 金森壓桿和拉桿實驗等效加載設(shè)備統(tǒng)一和入射波等效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有方法難以實現(xiàn)雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗的入射波等效加載的 不足，本發(fā)明提供一種雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現(xiàn)方法。該方法 采用兩套相同雙線圈電磁力入射波發(fā)生器，每套入射波發(fā)生器的兩放電線圈同軸、反向安 裝，分別控制霍普金森壓桿、拉桿實驗加載，實現(xiàn)等效加載設(shè)備的統(tǒng)一。分別在霍普金森壓 桿和拉桿的實驗條件下，測量出兩套設(shè)備產(chǎn)生的入射波幅值大小關(guān)系，根據(jù)入射波幅值大 小關(guān)系和次級線圈補償方法增加入射波幅值較小的次級線圈厚度，對加工誤差引起的縱 向、橫向入射波中的較小幅值入射波進行幅值補償，保證了縱向、橫向入射波幅值相等?？v 向、橫向入射波發(fā)生器布置在同一水平面上，縱向、橫向入射波加載方向相互垂直，在進行 霍普金森壓桿實驗和拉桿實驗時，縱向、橫向放電線圈串聯(lián)到由同一組放電可控硅控制的 同一組放電電容上，縱向、橫向放電線圈流過相同的強脈沖電流，產(chǎn)生脈沖寬度相同、同步 觸發(fā)的縱向、橫向入射波。通過次級線圈厚度補償，以及縱向、橫向放電線圈串聯(lián)在由同一 放電可控硅控制的同一組放電電容上，保證了雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗的入射波等效 加載。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗 入射波等效加載的實現(xiàn)方法，其特點是采用以下步驟：
[0008] 步驟一、縱向、橫向入射波發(fā)生器的布置。
[0009] 縱向壓縮波次級線圈15通過螺栓連接到縱向壓縮波放大器17上，構(gòu)成縱向壓縮 波驅(qū)動頭；橫向壓縮波次級線圈16通過螺栓連接到橫向壓縮波放大器18上，構(gòu)成橫向壓縮 波驅(qū)動頭；縱向拉伸波次級線圈7通過螺栓連接到縱向拉伸波放大器5上，構(gòu)成縱向拉伸波 驅(qū)動頭；橫向拉伸波次級線圈8通過螺栓連接到橫向拉伸波放大器6上，構(gòu)成橫向拉伸波 驅(qū)動頭?？v向壓縮波放電線圈13和縱向拉伸波放電線圈9同軸并反向固定到縱向基座11 上，橫向壓縮波放電線圈14和橫向拉伸波放電線圈10同軸并反向固定到橫向基座12上。 縱向壓縮波驅(qū)動頭、縱向拉伸波驅(qū)動頭、縱向拉伸波放電線圈9、縱向基座11和縱向壓縮波 放電線圈13構(gòu)成縱向入射波發(fā)生器，橫向壓縮驅(qū)動頭、橫向拉伸波驅(qū)動頭、橫向拉伸波放 電線圈10、橫向基座12和橫向壓縮波放電線圈14構(gòu)成橫向入射波發(fā)生器，縱向、橫向入射 波發(fā)生器垂直布置在同一平面內(nèi)。
[0010] 雙軸霍普金森壓桿實驗時，縱向、橫向壓縮波驅(qū)動頭分別放入縱向基座11、橫向基 座12內(nèi)，縱向壓縮波驅(qū)動頭與縱向壓縮波放電線圈13、縱向基座11和縱向拉伸波放電線圈 9同軸間隙配合，橫向壓縮波驅(qū)動頭與橫向壓縮波放電線圈14、橫向基座12和橫向拉伸波 放電線圈10同軸間隙配合。雙軸霍普金森拉桿實驗時，將縱向、橫向壓縮波驅(qū)動頭取出，縱 向、橫向拉伸波驅(qū)動頭放入縱向基座11、橫向基座12內(nèi)，縱向拉伸波驅(qū)動頭與縱向拉伸波 放電線圈9、縱向基座11和縱向壓縮波放電線圈13同軸間隙配合，橫向壓縮波驅(qū)動頭與橫 向拉伸波放電線圈10、橫向基座12和橫向壓縮波放電線圈14同軸間隙配合。
[0011] 步驟二、電路連接。
[0012] 電容器組1、放電電阻2、放電可控硅3和轉(zhuǎn)換開關(guān)4串聯(lián)組成放電電路，電容器組 1為放電電路提供電能，放電電阻2為電路導(dǎo)線的等效電阻，放電可控硅3控制電路放電，轉(zhuǎn) 換開關(guān)4對雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗進行選擇?？v向、橫向壓縮波放電線圈13、14串 聯(lián)，縱向、橫向拉伸波放電線圈9、10串聯(lián)。
[0013] 在瞬間強電流的作用下，放電線圈和次級線圈產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力通過應(yīng)力 波放大器放大轉(zhuǎn)化為入射波。其中入射波滿足公式：
【主權(quán)項】
1. 一種雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現(xiàn)方法，其特征在于包括以 下步驟： 步驟一、縱向、橫向入射波發(fā)生器的布置； 縱向壓縮波次級線圈（15)通過螺栓連接到縱向壓縮波放大器（17)上，構(gòu)成縱向壓縮 波驅(qū)動頭；橫向壓縮波次級線圈（16)通過螺栓連接到橫向壓縮波放大器（18)上，構(gòu)成橫向 壓縮波驅(qū)動頭；縱向拉伸波次級線圈（7)通過螺栓連接到縱向拉伸波放大器（5)上，構(gòu)成縱 向拉伸波驅(qū)動頭；橫向拉伸波次級線圈（8)通過螺栓連接到橫向拉伸波放大器（6)上，構(gòu)成 橫向拉伸波驅(qū)動頭；縱向壓縮波放電線圈（13)和縱向拉伸波放電線圈（9)同軸并反向固定 到縱向基座（11)上，橫向壓縮波放電線圈（14)和橫向拉伸波放電線圈（10)同軸并反向固 定到橫向基座（12)上；縱向壓縮波驅(qū)動頭、縱向拉伸波驅(qū)動頭、縱向拉伸波放電線圈（9)、 縱向基座（11)和縱向壓縮波放電線圈（13)構(gòu)成縱向入射波發(fā)生器，橫向壓縮驅(qū)動頭、橫向 拉伸波驅(qū)動頭、橫向拉伸波放電線圈（10)、橫向基座（12)和橫向壓縮波放電線圈（14)構(gòu)成 橫向入射波發(fā)生器，縱向、橫向入射波發(fā)生器垂直布置在同一平面內(nèi)； 雙軸霍普金森壓桿實驗時，縱向、橫向壓縮波驅(qū)動頭分別放入縱向基座（11)、橫向基座 (12)內(nèi)，縱向壓縮波驅(qū)動頭與縱向壓縮波放電線圈（13)、縱向基座（11)和縱向拉伸波放電 線圈（9)同軸間隙配合，橫向壓縮波驅(qū)動頭與橫向壓縮波放電線圈（14)、橫向基座（12)和 橫向拉伸波放電線圈（10)同軸間隙配合；雙軸霍普金森拉桿實驗時，將縱向、橫向壓縮波 驅(qū)動頭取出，縱向、橫向拉伸波驅(qū)動頭放入縱向基座（11)、橫向基座（12)內(nèi)，縱向拉伸波驅(qū) 動頭與縱向拉伸波放電線圈（9)、縱向基座（11)和縱向壓縮波放電線圈（13)同軸間隙配 合，橫向壓縮波驅(qū)動頭與橫向拉伸波放電線圈（10)、橫向基座（12)和橫向壓縮波放電線圈 (14)同軸間隙配合； 步驟二、電路連接； 電容器組（1)、放電電阻（2)、放電可控硅（3)和轉(zhuǎn)換開關(guān)（4)串聯(lián)組成放電電路，電容 器組（1)為放電電路提供電能，放電電阻（2)為電路導(dǎo)線的等效電阻，放電可控硅（3)控制 電路放電，轉(zhuǎn)換開關(guān)（4)對雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗進行選擇；縱向、橫向壓縮波放電 線圈（13、14)串聯(lián)，縱向、橫向拉伸波放電線圈（9、10)串聯(lián)； 在瞬間強電流的作用下，放電線圈和次級線圈產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力通過應(yīng)力波放 大器放大轉(zhuǎn)化為入射波；其中入射波滿足公式：
式中，σ-入射波，K-應(yīng)力波放大器放大倍數(shù)，r-放電線圈半徑，Utl-真空磁導(dǎo)率， ω_電流振蕩圓頻率，M-放電線圈與次級線圈的互感，η-放電線圈匝數(shù)，i(t)_放電電流， A-次級線圈面積，α -放電線圈與次級線圈的距離，R2、L2-次級線圈的電阻和電感； 當轉(zhuǎn)換開關(guān)（4)和電路觸點b接通時，縱向、橫向應(yīng)力波發(fā)生器進行霍普金森壓桿實驗 入射波加載，縱向、橫向壓縮波放電線圈（13、14)串聯(lián)接入由同一放電可控硅（3)控制的同 一電容器組（1)上，縱向、橫向壓縮波放電線圈（13、14)流過相同放電電流，縱向、橫向入射 波脈沖寬度相同、同時觸發(fā)；當轉(zhuǎn)換開關(guān)（4)和電路觸點a接通時，縱向、橫向