[发明专利]多向高能高速电磁力冲击智能控制试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程用的固体材料冲击技术，特别涉及一种多向高能高速电磁力冲击智能控制试验装置及方法。

背景技术

在土木工程领域中，材料及结构在冲击载荷下的力学响应与静载荷下的力学响应有着显著不同的特征，在工程等实际问题中，冲击会带来严重的破坏性。冲击所涉及的问题十分广泛（如：冲击载荷下的力学响应特征是建立动力本构关系、力学分析与合理进行工程设计的基础，也是各种模拟仿真技术中材料模型及材料属性数据依据），因此，材料及结构在冲击载荷下的物理力学行为试验已经成为土木工程不可缺少的技术手段，并越来越受到高度重视与亟待进一步发展的基本试验。

目前冲击试验的种类有如下几种基本类型：

1、空气炮法，即利用气压的压差原理实现放炮。该方法由于需要的气压源气压相当高，通常民用试验室难以实现。

2、自由落体（跌落）冲击法。其具有代表性的产品是美国L.Ａ.Ｂ公司现代产品Autoshock-Ⅱ试验机，其加速下落的最大速度为12.2m/s，最大加速度600g；针对土木工程领域的冲击力试验，该产品的速度及加速度远远不足。

3、飞轮或旋转盘的冲击法。针对土木工程领域的冲击力试验，该方法所能提供的速度及加速度也远远不足。

4、化学炸药爆炸法。该方法能提供的冲击力较大，但由于具有安全隐患，通常难以获得批准。

5、气枪式法（包括：气动式（pneumatic）；弹簧-活塞式（spring-piston）；二氧化碳（CO₂）式）。该方法与化学炸药爆炸法相似，当气枪冲击力够大时，该方法存在较大的安全隐患；但当气枪的使用在安全范围内时，其速度及加速度较小，使得冲击力往往达不到要求。

6、电磁发射器（包括轨道炮、线圈炮----线圈型电磁发射器、重接炮）。目前，该方法的使用要么的在对场地规模有一定要求的军事系统中实现，要么针对是一些冲击体为较小质量、冲击能量及速度较低的情况实现。在目前民用及工业行业内，现有电磁推进技术至少还存在有如下缺陷：

1）民用条件下冲击速度不够大，一般在20m/s以下，个别达到60m/s（高顺受等利用三级线圈将重lkg的弹体加速到60m/s），但仍未能达到通常公认的高速标准（不小于100m/s）；

2）冲击能量及物体质量小（不大于1000g）；

3）冲击加速度不够大；

4）仅能给出水平或近似水平方向推力，不能实现多方向给力；

5）在触发与数据采集等方面的智能控制不够。

还未见集多向、高能、高速冲击智能可控（能量与速度可调）为一身的试验系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对土木工程的室内冲击试验（包括常规室内试样、模型箱试样和室内试验地槽中试样等的力学性质测试），提供一种多向高能高速电磁力冲击智能控制试验装置，该装置可实现较高的冲击能量，且冲击速度及加速度可调，使用灵活方便。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验方法。

本发明的技术方案为：一种多向高能高速电磁力冲击智能控制试验装置，包括电磁铁组件、撞击杆、外套筒、电磁加速线圈和冲击锤，电磁铁组件设于外套筒上方，撞击杆设于外套筒内，冲击锤设于外套筒下方，撞击杆外周设有多级电磁加速线圈，各级电磁加速线圈分别外接电路控制系统（该电路控制系统可采用常规开关电路系统，用于控制各电磁加速线圈的接通或关闭、电流大小、作用启动时间等，从而不仅可以提高撞击杆能量及速度，也可设定或调整不同的能量及速度等级）。

所述电磁铁组件包括电磁铁固定板和吸盘式电磁铁，电磁铁固定板中部设置吸盘式电磁铁，吸盘式电磁铁上设置电磁铁接线柱，电磁铁接线柱外接电路控制系统。通过电路控制系统向吸盘式电磁铁供电或断电，从而使吸盘式电磁铁产生磁力吸住或释放撞击杆。

所述外套筒顶部设置外套筒顶板，外套筒顶板与电磁铁固定板之间通过支撑柱固定连接；设于外套筒内的撞击杆对应位于吸盘式电磁铁下方。

外套筒底部设有外套筒底座，整套试验装置通过外套筒底座固定于支架上，通过外套筒底座及支架的方向调整固定，在与电磁铁组件共同作用下，可实现对任意需要方向进行高速冲击。外套筒底座内所设沉孔还可对撞击杆最终运动位置加以限制（即限位），以防止撞击杆本身对测试介质的直接干挠作用。