本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)，尤其涉及火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，科技界對(duì)于材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)性能研究有了較大的發(fā)展。分離式(霍布金森桿)hopkinson試驗(yàn)技術(shù)的研究與使用已有較廣泛的開(kāi)展，它是利用在試驗(yàn)中記錄到的應(yīng)變信號(hào)，根據(jù)一維平面應(yīng)力波理論可以求得被測(cè)材料的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率曲線(xiàn)。但是由于一些試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)技巧上的原因，試驗(yàn)試件的大小受到一定的限制，如鋼筋混凝土的動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試等；另外，由于許多材料的壓縮性能和拉伸性能有明顯的不同。如何測(cè)試大尺寸材料動(dòng)態(tài)拉伸性能成為了現(xiàn)有技術(shù)的難點(diǎn)。

2、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置及方法以解決背景技術(shù)中所提出的問(wèn)題：

2、現(xiàn)有試驗(yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)試件的大小進(jìn)行限制；無(wú)法測(cè)試大尺寸材料的動(dòng)態(tài)拉伸性能。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

4、火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置，包括：動(dòng)壓發(fā)生器和左右?jiàn)A持器；

5、所述動(dòng)壓發(fā)生器呈側(cè)置的u型結(jié)構(gòu)，在動(dòng)壓發(fā)生器的上方設(shè)置有壓力傳感器位置點(diǎn)，一側(cè)設(shè)置有小型開(kāi)口，用于向凹槽內(nèi)部裝載火藥，另一側(cè)的凹槽開(kāi)口處設(shè)有t型滑動(dòng)塊，所述滑動(dòng)塊的t型橫向端兩端頂部垂直布置有兩條相互平行的傳力桿，所述傳力桿的另一端固定在u型框架上，兩條傳力桿的另一端還通過(guò)一條橫向傳力桿進(jìn)行固定，所述橫向傳力桿的中點(diǎn)處垂直設(shè)置有左右?jiàn)A持器；所述左右?jiàn)A持器的兩個(gè)夾持器均呈橫向端相對(duì)設(shè)置的t型結(jié)構(gòu)，其中，右?jiàn)A持器的垂向端固定在橫向傳力桿的中點(diǎn)處，而左夾持器的垂向端固定在裝置內(nèi)部。

6、優(yōu)選地，所述右?jiàn)A持器的垂向端設(shè)置有加速度傳感器位置點(diǎn)，所述左夾持器的垂向端設(shè)置有測(cè)力傳感器位置點(diǎn)。

7、優(yōu)選地，還包括拉力傳導(dǎo)系統(tǒng)和施力方案監(jiān)視、拉力與形變記錄系統(tǒng)，分別用于在相應(yīng)位置點(diǎn)進(jìn)行拉力傳導(dǎo)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

8、火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)方法，包括如下步驟：

9、s1：配置并測(cè)試動(dòng)壓發(fā)生器、左右?jiàn)A持器、壓力傳感器、力傳感器、加速度傳感器、拉力傳導(dǎo)系統(tǒng)以及施力方案監(jiān)視、拉力與形變記錄系統(tǒng)；

10、s2：將試件夾持在左右?jiàn)A持器的中間；

11、s3：按照試件要求的加載速率，選擇對(duì)應(yīng)的火藥作為動(dòng)力源；

12、s4：裝藥點(diǎn)火工作，通過(guò)傳力桿、滑動(dòng)塊與左右?jiàn)A持器，使試件受載拉伸，試件以對(duì)應(yīng)的變形速率，依次發(fā)生彈性、塑性、斷裂的變化；

13、s5：由所述施力方案監(jiān)視、拉力與形變記錄系統(tǒng)記取試驗(yàn)過(guò)程的力學(xué)參量值；

14、s6：通過(guò)曲線(xiàn)的標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理，得到試件的相關(guān)數(shù)據(jù)；

15、s7：通過(guò)調(diào)節(jié)火藥的參量和試件的安裝姿態(tài)，對(duì)不同加載率下的試件拉伸性能進(jìn)行測(cè)試，得到不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)拉伸曲線(xiàn)。

16、優(yōu)選地，所述s2中，試件對(duì)準(zhǔn)左右?jiàn)A持器的中心進(jìn)行夾持，并保證試件軸向受力。

17、優(yōu)選地，所述s5中，分別由壓力傳感器記錄動(dòng)壓發(fā)生器工作時(shí)的壓力—時(shí)間變化曲線(xiàn)，由測(cè)力傳感器記錄試件受拉變形時(shí)的力—時(shí)間變化曲線(xiàn)，由加速度傳感器記錄與試件一同運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)塊的加速度—時(shí)間變化曲線(xiàn)。

18、優(yōu)選地，所述s6中，分別基于彈塑性改良理論和彈塑性理論計(jì)算材料動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力；

19、所述彈塑性改良理論利用塑性波陣面上的能量守恒方程建立材料動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力的關(guān)系式：

20、

21、其中，σd為被測(cè)材料的屈服應(yīng)力值；ρ為被測(cè)材料密度；v0為被測(cè)材料拉伸速度；e0、為v0相對(duì)應(yīng)的被測(cè)材料軸向工程應(yīng)變；n1為被測(cè)材料塑性流動(dòng)的單位方向；

22、所述彈塑性理論在塑性波陣面準(zhǔn)確位于剛增性界面處的條件下，建立材料動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力的關(guān)系式：

23、

24、其中，l1為被測(cè)材料拉伸后的長(zhǎng)度；l0為被測(cè)材料初始未拉伸的長(zhǎng)度；h為被測(cè)材料拉伸變化長(zhǎng)度。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置及方法，具備以下有益效果：

26、本發(fā)明提供一種新的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且設(shè)計(jì)原理科學(xué)的材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)技術(shù)，以火藥為拉伸動(dòng)力源，快速加載直接模擬式拉伸試驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)選擇不同的火藥，可以獲取不同加載速率下的材料的動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能，且加載速率變化范圍較大，能夠適應(yīng)大尺寸材料的拉伸需求；可以與靜態(tài)拉伸測(cè)量相對(duì)應(yīng)，便于材料的分析對(duì)比；易于模擬特定的材料受載條件，實(shí)現(xiàn)材料動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試；且本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。

技術(shù)特征：

1.火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：動(dòng)壓發(fā)生器(2)和左右?jiàn)A持器(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述右?jiàn)A持器的垂向端設(shè)置有加速度傳感器位置點(diǎn)(8)，所述左夾持器的垂向端設(shè)置有測(cè)力傳感器位置點(diǎn)(7)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括拉力傳導(dǎo)系統(tǒng)和施力方案監(jiān)視、拉力與形變記錄系統(tǒng)，分別用于在相應(yīng)位置點(diǎn)進(jìn)行拉力傳導(dǎo)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)方法，其特征在于，所述s2中，試件(3)對(duì)準(zhǔn)左右?jiàn)A持器(4)的中心進(jìn)行夾持，并保證試件(3)軸向受力。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)方法，其特征在于，所述s5中，分別由壓力傳感器記錄動(dòng)壓發(fā)生器(2)工作時(shí)的壓力—時(shí)間變化曲線(xiàn)，由測(cè)力傳感器記錄試件(3)受拉變形時(shí)的力—時(shí)間變化曲線(xiàn)，由加速度傳感器記錄與試件(3)一同運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)塊(9)的加速度—時(shí)間變化曲線(xiàn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)方法，其特征在于，所述s6中，分別基于彈塑性改良理論和彈塑性理論計(jì)算材料動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)裝置及方法，涉及動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明與之前的拉伸試驗(yàn)裝置相比，解決了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)試件的大小進(jìn)行限制；無(wú)法測(cè)試大尺寸材料的動(dòng)態(tài)拉伸性能的問(wèn)題；提供一種新的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且設(shè)計(jì)原理科學(xué)的材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)技術(shù)，以火藥為拉伸動(dòng)力源，快速加載直接模擬式拉伸試驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)選擇不同的火藥，可以獲取不同加載速率下的材料的動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能，且加載速率變化范圍較大，能夠適應(yīng)大尺寸材料的拉伸需求；可以與靜態(tài)拉伸測(cè)量相對(duì)應(yīng)，便于材料的分析對(duì)比；易于模擬特定的材料受載條件，實(shí)現(xiàn)材料動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試；且本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：展婷變,鄭佩諭,安慧珍,董英娟,李小軍,孫夢(mèng)華,董岳棣,王少梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10