[发明专利]一种基于Hopkinson拉杆实现拉/压冲击疲劳试验的装置及方法

说明书

本发明一种基于Hopkinson拉杆实现拉/压冲击疲劳试验的装置及方法，属于材料冲击疲劳性能测试领域；包括反作用质量块、能量吸收器、能量传递杆、定位销、传递法兰、脉冲发生器、真空回收装置、发射装置、电阻应变片、入射杆、透射杆和能量吸收套筒；能量传递杆、定位销、入射杆和透射杆依次同轴设置，试样安装于入射杆和透射杆之间；能量吸收器安装于反作用质量块和能量传递杆之间，通过回推弹簧与能量传递杆连接，用于吸收能量传递杆内的能量；脉冲发生器和发射装置套装于入射杆上，用于产生入射脉冲；能量吸收套筒套装于透射杆自由端。本发明能够定量的控制与实时测试和显示冲击力和冲击波构形，实现高频次的连续冲击加载等关键技术。

技术领域

本发明属于材料冲击疲劳性能测试领域，具体涉及一种基于Hopkinson拉杆实现拉/压冲击疲劳试验的装置及方法。

背景技术

在航空航天、交通运输、兵器武装等工程领域中，材料难以避免会面临各种极端力学环境，其中冲击是常见的严重受载方式之一。这种加载方式往往冲击速度高，持续时间短，载荷瞬间从0增加到峰值，到达峰值的时间是微秒到毫秒量级。在冲击加载作用下材料很容易产生损伤，这些微损伤在多次重复冲击下逐渐累积并萌生微裂纹、加速裂纹扩展，最终导致材料破坏。与常规静态加载不同，冲击疲劳需要考虑材料加载过程中的应变率效应，且伴随着绝热温升效应。材料的塑性流动应力，损伤演化，微观结构演化都与加载应变率有关，因此了解材料高应变率下冲击疲劳性能，防止结构件在反复冲击载荷作用下的疲劳损伤和失效成为工程领域研究的热点和难点。

文献1申请公布号为CN110926967A的中国专利公开了一种自由落体式冲击疲劳试验机，具体结构参照图7。该试验装置主要包括圆轮驱动装置28，提升块29，圆轮30，L形板31，砝码33，冲头35等。固定在圆轮30上的提升块29可以在圆轮驱动装置28的电机驱动下进行圆周运动。当提升块29位于圆轮30最底部时可以带动L形板31一起运动，此时和L形板31通过连接杆32紧固的砝码33和冲头35也随之向上提升；提升块29运动到圆轮30最顶部时与L形板31分离，L形板31、砝码33和冲头35在重力作用下自由下落并冲击试样，实现冲击疲劳加载。通过调节冲头35与试样之间的距离或更换不同重量的砝码33虽然可以实现不同冲击能量疲劳加载，但自由落体的方式可实现的冲击加载应变率较低(10¹～10³/s)，且加载过程中应变率不恒定；此外，该类设备冲击波构形无法自行控制，试样承受的冲击载荷与相应的变形也难以测量。