[发明专利]一种动态压剪应力计

说明书

技术领域

本发明涉及压剪应力测试的技术领域，具体涉及一种动态压剪应力计，其是一种应用压电材料的各向异性特性研制的可以同时测量材料在复杂动态应力状态下的压应力和剪应力的测试计。

背景技术

材料动态力学性能的研究是高压物理、力学科学、材料科学等学科领域研究的重心，测量动荷载作用下材料中冲击波和应力波的波形，对于材料的动态性能的研究有着十分重要的意义。相关的测试技术已经从探针测试(后来还发展了压电探针技术)，高速摄影间隙法(streak camera recordings of flash gaps and events)，发展到镱应力计、石英计、锰铜计、电磁计、铌酸锂压力计(lithium niobate gauges)、PVDF计，以及速度干涉仪等。每一种测试计和相关的测试技术在相关领域取得了很好的测试结果。但是，这些测试方法只能用于单一应力状态，即冲击压力的测试。

大多数情况，材料处于复杂应力状态，测试复杂应力状态下材料的动态性能，对于材料动态性能的研究非常重要而迫切。唐志平等“压剪复合平板冲击加载技术进展及其应用”(《力学进展》，第37卷第3期，2007年8月25日)中，其应用双磁场粒子速度计，发展了一种剪切波跟踪技术(SWT)来探测压剪冲击下脆性材料(严格来说，是非金属材料)的冲击压力和剪切强度。此技术原则上可以进行复杂应力状态的测试，但在从测试得到的粒子速度转化到用于分析研究的压剪应力的分析过程存在着理论困难，其分析结果有不确定性，该技术测试材料具有局限性：必须为磁不敏感材料。卢芳云等采用铌酸锂压力计进行了动态剪应力的测量。但同时进行复杂应力状态下的动态压应力和剪应力的测试，国内外尚没有相关的测试计。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种动态压剪应力计，利用压电晶体的各向异性特性，用两片不同切向的压电晶体进行组合，以同时测试复杂动态加载过程的冲击压力和冲击剪应力。

本发明的目的由以下技术方案来实现：

一种动态压剪应力计，其由四片导电金属薄片和二片铌酸锂晶体薄片构成；其中一片铌酸锂晶体薄片夹在一侧两片导电金属薄片之间，另一片铌酸锂晶体薄片夹在另外一侧两片导电金属薄片之间；四片导电金属薄片的中间的两片间增加一片薄的绝缘膜，以避免两个晶体片产生的电荷相互影响；导电金属薄片边缘打孔，安装引出接头，接金属导线，以引出动态加载过程晶体片中产生的电量，引出线中一侧两片导电金属薄片配对，另外一侧两片导电金属薄片配对。

其中，所述的一片铌酸锂晶体薄片为铌酸锂晶体Y-切得到的薄片，另一片铌酸锂晶体薄片则为铌酸锂晶体在垂直于Y-Z平面，与Y轴成α角度的斜面上的切片，即Y-α切薄片。

其中，所述的两片铌酸锂晶体薄片并不需要严格为某一角度α的切片，只要二者的压电性能存在比较明显的差异即可。

其中，所述的两片铌酸锂晶体薄片是石英或者压电陶瓷薄片。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1.本发明实现了对复杂动态应力状态下，压应力和剪应力的同时测量。

2.本发明中铌酸锂晶体片的压电信号很强，压电性能稳定，由此得到的测试结果易于分析，可靠度比较高。

附图说明

图1为动态压剪应力计的剖面图；其中图1(a)为侧视图，图1(b)为正视图；

图2为Y切铌酸锂晶体薄片5和Y-α切铌酸锂晶体薄片7的晶体取向；

图3为动态压剪应力计的压力-电量关系的标定线；

图4为动态压剪应力计的安装图；图4(a)为动态压剪应力计在Hopkinson压杆实验的安装图；图4(b)为动态压剪应力计在轻气炮平板撞击试验中的安装图；

图中：1、2、3、4为导电金属薄片；5为Y切铌酸锂晶体薄片；6为绝缘薄膜；7为Y-α切铌酸锂晶体薄片。

具体实施方式

下面通过实施例及其附图对本发明作进一步描述。

本发明所述的动态压剪应力计(如图1)，由四片导电金属薄片(1、2、3、4)和二片铌酸锂晶体薄片(5、7，以下简称为“晶体片”)构成。晶体片5夹在导电金属薄片1和2之间，晶体片7夹在导电金属薄片3和4之间；导电金属薄片2和3间增加一片薄的绝缘膜6，以避免两个晶体片产生的电荷相互影响；导电金属薄片边缘打孔，安装引出接头，接金属导线，以引出动态加载过程晶体片中产生的电量，引出线中导电金属薄片1和2配对，导电金属薄片3和4配对。