[发明专利]测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置及方法

权利要求书

1.一种测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，包括冲击机构、冲击杆、入射杆、透射杆以及应变信号采集装置；在所述的透射杆的一端安装试样，另一端安装一个缓冲器，所述的冲击杆在冲击机构装置的冲击下冲击入射杆的一端，入射杆的另一端冲击试样；且试样的一侧安装有图像采集装置；在所述的入射杆和透射杆上安装有应变片；所述的应变片与采集卡相连，所述的采集卡与信号显示装置相连；

所述的冲击机构包括一个炮管和为炮管充气的充气装置，所述的炮管的一端套装在冲击杆上，另一端连接充气装置，所述的充气装置为炮管充气，进而推动冲击杆冲击入射杆，所述的充气装置内充有高压氮气；

所述的入射杆受冲击端安装有波形整形器；

所述试样包括试样中部空腔和下端部，所述中部空腔与下端部相对尺寸可改变；

所述试样表面涂覆荧光粉或荧光漆。

2.如权利要求1所述的测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，所述波形整形器采用直径小于杆系直径的薄铜片或薄铝片。

3.如权利要求1所述的测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，所述的试样为一个外形轮廓为“T”型的结构，在所述的“T”型结构内的水平结构部分设有空腔，且与图像采集装置相对的侧面涂覆有荧光粉或者荧光漆。

4.如权利要求3所述的测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，“T”型的结构试样向左旋转90度后安装在入射杆和透射杆之间；且与入射杆和透射杆相接触的试样两端面粗糙度Ra需小于0.8μm，试样两端面的平行度需小于0.01mm。

5.如权利要求3所述的测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，所述的图像采集装置包括高速相机和光源，其中高速相机的最高采样频率不低于100000Hz，在采样频达到100000Hz时拍摄的图像分辨率不低于256×256像素。

6.如权利要求3所述的测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，所述高压氮气气压范围为0-3MPa，在高压氮气出口处设有压力微调结构和操纵系统以控制气压大小。

7.如权利要求3所述的测试拉伸/剪切复合加载下材料动态力学性能的装置，其特征在于，所述的炮管内径和冲击杆、入射杆、透射杆外径均为20mm，且所述的冲击杆、入射杆和透射杆的材质均为高强度的淬硬马氏体不锈钢17-4PH。

8.一种采用权利要求1-7任一所述装置进行材料拉伸/剪切复合加载下测试动态力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)搭建测试装置主体，即搭建冲击机构、冲击杆、入射杆和透射杆，保证冲击机构、冲击杆、入射杆和透射杆的同轴度、端面平行度、杆端面与杆轴线间的垂直度以及杆系端面粗糙度在设定值的范围内；

(2)搭建应变信号采集装置，在入射杆和透射杆中间部位分别对称粘贴两个电阻值和灵敏度系数相同的应变片并利用细导线进行连接，然后将采集卡和数据显示装置与应变片相连；

(3)在对试样进行测试之前，对搭建的测试装置主体进行“空打”测试，保证应变信号采集的准确性；

(4)加工试样，在试样被测试表面涂覆荧光粉或荧光漆以用于图像采集装置的追踪观察；

(5)搭建图像采集装置，包括高速相机和光源，光源需要正对试样被测试表面以提高相机拍摄质量。

9.如权利要求8所述的材料拉伸/剪切复合加载下测试动态力学性能的方法，其特征在于，所述步骤(2)中将粘贴在入射杆和透射杆上的两个应变片分别连接成半桥后与采集卡和示波器进行连接。