[发明专利]一种材料大变形冲击拉伸实验方法

摘要

本发明公开了一种材料大变形冲击拉伸实验方法，特点是在支架的上端设置支承块，将管状的透射杆竖直设置，并将透射杆的上端与支承块固定连接，选取材质、长度、直径均与透射杆相同的管状的入射杆，将入射杆竖直设置在透射杆的下方且与透射杆同轴，入射杆的下端一体设置有凸台，在透射杆的下端与入射杆的上端之间固定被测试件，发射撞击杆，撞击杆撞击固定在入射杆下端的凸台，测得应变信号，将所测得的应变信号代入关系式处理后，得到被测试件在实验中的轴向工程应力、工程应变和工程应变率时程曲线；优点是实现了持续稳定的实验应变率；且在与传统霍普金森拉杆实验同样最大应变下，本方法的应变率可达到10S^‑1量级。

主权项

1.一种材料大变形冲击拉伸实验方法，其特征在于包括以下具体步骤：(1)、在支架的上端设置支承块，将管状的透射杆竖直设置，并将透射杆的上端与支承块固定连接，支承块的材料波阻抗大于等于透射杆的材料波阻抗，且支承块的横截面积大于等于透射杆横截面积的100倍，支承块的重量大于等于透射杆重量的50倍；(2)、在支架上固定设置高压气炮，透射杆竖直向下穿过高压气炮，且透射杆与高压气炮中的炮管同轴设置，高压气炮的上端与透射杆之间密封，撞击杆同轴设置在炮管中且同轴套设在透射杆外；(3)、选取材质、长度、直径均与透射杆相同的管状的入射杆，将入射杆竖直设置在透射杆的下方且与透射杆同轴，入射杆的下端一体设置有凸台，在支架的下端固定设置支撑弹簧，支撑弹簧竖直支撑在凸台的下端面上，并在凸台的正下方设置吸能块，然后在入射杆上同轴套设导管，并将导管与支架固定，入射杆与导管之间具有可供撞击杆滑入的间隙，且入射杆与撞击杆之间满足关系：1.05×(L₀/C₀)≤(L_striker/C_striker)≤1.1×(L₀/C₀)，其中：L₀、L_striker分别为入射杆、撞击杆的长度，C₀、C_striker分别为入射杆、撞击杆中的一维应力波速；(4)、在透射杆的下端与入射杆的上端之间固定被测试件；(5)、在入射杆靠近下端的内表面上固定两片沿轴向中心面对称的用于测试入射波应变信号的第一应变片，第一应变片到入射杆下端的距离大于等于2倍的入射杆管外径且小于等于3倍的入射杆管外径，在透射杆靠近下端的内表面上固定两片沿轴向中心面对称的用于测试透射波应变信号的第二应变片，第二应变片到透射杆下端的距离大于等于2倍的透射杆管外径且小于等于3倍的透射杆管外径，然后将第一应变片和第二应变片分别与超动态应变仪电连接；(6)、高压气炮发射撞击杆，撞击杆撞击固定在入射杆下端的凸台，第一应变片测得入射杆上的应变信号为ε_in(t)，第二应变片测得透射杆上的应变信号为ε_m(t)；(7)、将所测得的应变信号ε_in(t)、ε_m(t)代入以下关系式：处理后，得到被测试件在实验中的轴向工程应力、工程应变和工程应变率时程曲线，实现在10s^‑1量级应变率下试件材料动态力学性能的测试或更高应变率下试件材料大变形范围动态力学性能的测试，上述所有关系式中，表示在n时间区间内第二应变片所测应变信号中由被测试件一透射杆相互作用所产生的部分，k为求和指标，n表示时间区间号，对应该区间的时间下限记为时间上限记为表示在n‑1时间区间内第二应变片所测应变信号中由被测试件—透射杆相互作用所产生的部分，t_k表示对应求和指标k的时间偏移量，l为自然数，第二应变片到透射杆下端面的距离记为a，透射杆的长度记为L₀，t_a表示应力波传播2倍a距离所需的时间，t_b表示应力波传播2倍(L₀‑a)距离所需的时间，即t_a＝2a/C₀，t_b＝2(L₀‑a)/C₀，C₀表示入射杆和透射杆中一维应力波的波速，表示第二应变片所测应变信号中由被测试件—透射杆相互作用所产生的部分；ε_in(t)为第一应变片测得入射杆上的应变信号，为第一应变片测得的应变信号在t≤t_B范围内的应变信号平台量值，第一应变片到入射杆上端面的距离记为B，t_B表示应力波传播2倍B距离所需的时间，即t_B＝2B/C₀，J为自然数，t_L表示应力波传播2倍透射杆杆长所需的时间，即t_L＝2L₀/C₀，i表示另一求和指标，it_L表示对应求和指标i的时间偏移量，为用(t‑it_L)替代中时间t时所得应变值，V_Ⅰ表示实验过程中被测试件与入射杆交界面的质点速度，V_Ⅱ表示实验过程中被测试件与透射杆交界面的质点速度，V_Ⅰⁱ(t)表示仅由入射应力波引起的入射杆与被测试件接触端面的运动速度，σ_s(t)表示被测试件在实验中的轴向工程应力，表示被测试件在实验中的工程应变率，ε_s(t)表示被测试件在实验中的工程应变，E₀表示透射杆的弹性模量，A₀表示透射杆的横截面积，A_s表示被测试件的初始横截面积，h_s表示被测试件的初始高度。