[发明专利]一种材料动态力学参数获取装置及方法

权利要求书

1.一种材料动态力学参数获取装置，其特征在于，包括：

电磁式霍普金森拉杆加载单元，其包括拉伸波加载枪和拉伸杆，其中，拉伸波加载枪用于向拉伸杆加载拉伸应力波；

电磁式霍普金森扭杆加载单元，其包括扭转波加载枪和扭转杆，其中，扭转波加载枪用于向扭转杆加载扭转应力波，扭转杆与拉伸杆为同一轴线；

应力波同步单元，其与电磁式霍普金森拉杆加载单元和电磁式霍普金森扭杆加载单元电连接，用于控制电磁式霍普金森拉杆加载单元向拉伸杆加载拉伸应力波，和用于控制电磁式霍普金森扭杆加载单元向扭转杆加载扭转应力波；

获取单元，其包括两个拉伸应变片、两个扭转应变片和数据采集单元，两个拉伸应变片和两个扭转应变片分别和数据采集单元相连，用于获取试样的材料动态力学参数，其中，两个拉伸应变片分别设置在拉伸杆表面上和扭转杆表面上，两个扭转应变片分别设置在拉伸杆表面上和扭转杆表面上，试样设置在拉伸杆和扭转杆之间并与拉伸杆和扭转杆保持同一轴线。

2.根据权利要求1所述的材料动态力学参数获取装置，其特征在于，两个拉伸应变片分别粘贴所述拉伸杆和所述扭转杆约1/2长度的表面上，并且拉伸应变片粘贴的方向与杆轴线方向相同，所述拉伸应变片用于记录拉伸应力波在拉伸杆和扭转杆中传播时的应变信号。

3.根据权利要求1所述的材料动态力学参数获取装置，其特征在于，所述扭转应变片分别对称粘贴在拉伸杆和扭转杆约1/2长度的表面上，其中扭转应变片粘贴的方向与杆轴线方向成一锐角夹角，所述扭转应变片用于记录扭转应力波在拉伸杆和扭转杆中传播时的应变信号。

4.根据权利要求3所述的材料动态力学参数获取装置，其特征在于，所述锐角夹角为45°。

5.根据权利要求3所述的材料动态力学参数获取装置，其特征在于，所述数据采集单元包括惠斯通电桥和数据采集器，其中，拉伸应变片和扭转应变片接入惠斯通电桥中；惠斯通电桥输出信号至数据采集器。

6.一种基于权利要求1-5所述装置的材料动态力学参数获取方法，其特征在于，包括步骤：

加载拉伸应力波；

加载扭转应力波；

获得试样的拉伸应力参数；

获得试样的扭转应力参数；

其中，试样的拉伸应力参数和试样的扭转应力参数作为材料动态力学参数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获得试样的拉伸应力参数包括步骤：

将数据采集单元记录的电压信号转化为拉伸杆上的应变信号，具体公式为：

ε＝2ΔU/k/(U-ΔU) (1)

其中，ε为拉伸应力波的应变信号，U为惠斯通电桥的供电电压，k为拉伸应变片灵敏度系数，ΔU是数据采集器记录的应力波信号的电压值；

利用一维弹性应力波传播理论，采用一波法对拉伸杆和扭转杆中的应变信号进行处理，以获得试样的拉伸应力参数：

其中，为试样的拉伸应变率，ε_s为试样的拉伸应变，σ_s为试样7的拉伸应力，C₀是拉伸杆和扭转杆的拉伸波波速，L是试样的标距段长度，A是拉伸杆和扭转杆的截面积，A_s是试样的截面积，E是拉伸杆和扭转杆的杨氏模量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括试样的拉伸应力参数的数据处理步骤：以ε_s为X轴、σ_s为Y轴作图得到试样在拉伸条件下的应力应变曲线；以时间t为X轴、以为Y轴得到试样的时间-应变率变化曲线。