[发明专利]一种高应变率下测量飞片冲击压力的方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲击波压力的测量装置，具体是指在一种高应变率下测量飞片冲击压力的方法及专用装置。 

背景技术

近年来，迅速发展的激光加工技术为解决传统难成形材料及微型金属零件加工的局限性带来了很好的研究基础，激光驱动飞片成形技术取得了一定的发展。但是对于飞片冲击成形压力的测量一直没有简易的测量装置，冲击波压力高，作用时间短，衰减快，给测量带来一定的困难。压电传感器响应快，测压范围大，可以用于冲击波的测量。以往通过激光驱动飞片技术实现微型件的加工，并根据成形件的成形质量相对判断飞片的冲击压力大小。此过程需要耗费大量的时间，要准备很多不同的对比实验。同时无法保证每次飞片冲击成形效果的初始条件相同，比如成形件的初始状态、飞片的质量以及设备的稳定性。

发明内容

针对现有技术中激光驱动飞片成形技术中存在的上述问题，本发明提供一种高应变率下测量飞片冲击压力的方法及其专用装置。

本发明的技术方案是：

一种高应变率下测量飞片冲击压力的方法：激光驱动飞片飞行一段距离后撞击成形靶材产生冲击波压力，产生冲击波压力在成形靶中传播；压电传感器测量飞片在工件中产生的冲击压力，经过数字示波器的采集，获得压电信号曲线；按照公式                                                对压电信号曲线积分，获得时间压力曲线；由于工件和之间存在阻抗失配现象，采用Puig.T测量冲击波压力时的计算公式，计算出飞片冲击靶材上表面时的冲击压力大小。具体过程如下：激光纳秒激光器发出的脉冲经过激光整形器、反射镜、聚焦透镜后作用于飞片上，飞片高速通过飞行腔与工件靶撞击产生冲击波压力，光电转换器记录在撞击时的光信号传递给数字示波器，同时压电传感器将压电信号传递给数字示波器，数字示波器记录下工件靶中压电信号波形图，最后经过计算机的积分处理，获得靶材背面的压力时间曲线，再经过阻抗失配的计算公式，获得靶材表面的冲击压力大小。

本发明使用的粘接剂是低粘度环氧树脂，它收缩性小，具有抗冲击的能力。将压电传感器粘贴在有机玻璃与成形靶材之间，有机玻璃可以防止压电传感器被冲击产生的反向拉力损坏，压电传感器并联电阻R大小为25Ω。

本发明的一种高应变率下测量飞片冲击压力的专用装置由激光加载系统、测试系统、控制系统组成。所述激光加载系统由纳秒激光器、激光整形器、反射镜、聚焦透镜组成，纳秒激光器装有指示光系统；所述测试系统包括数字示波器、测试装置、三维移动平台以及L型底座，数字示波器装有光电装换器；所述控制系统由三维移动平台控制器、计算机、激光控制器组成。

测试装置由光电转换器、K9玻璃、飞片、飞行腔、成形靶、压电传感器、有机玻璃和数字示波器构成。激光驱动飞片通过飞行腔，撞击在工件靶上产生冲击波压力，光电转换器记录撞击时的光信号，压电传感器采集压力信号，数字示波器记录波形图数据。

本发明的有益效果是：

本发明一种高应变率下测量飞片冲击压力的方法能够有效测量激光驱动飞片微成形中飞片的冲击压力大小，优化了工艺参数，缩短了加工时间，提高了工作效率。该方法的专业装置结构简单、易操作，可以实现激光驱动飞片的冲击压力的测量。 

附图说明

图1 是本发明测量激光驱动飞片冲击压力装置的组成示意图；

图2 是测试装置的结构示意图；

图3是压电传感器的结构示意图；

图4是测试装置的连接示意图；

图5是压电传感器的粘贴示意图。

图中：1.L型底座，2.三维移动平台，3.测试装置，4聚焦透镜，5.反射镜，6.激光整形器，7.纳秒激光器，8.激光控制器，9.数字示波器，10.计算机，11.三维移动平台控制器，12.有机玻璃，13.压电传感器，14.成形靶，15.飞行腔，16.飞片，17.K9玻璃，18.光电转换器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明提出的专业装置的细节和工作情况。

图1为本发明测量飞片冲击压力的专用装置示意图。计算机10控制激光控制器8，激光控制器8可对纳秒激光器7发出的脉冲激光参数进行调整，激光整形器6对光束整形。纳秒激光器7发出的脉冲激光经反射镜5和聚焦透镜4传递到测试装置3上。测试装置3安装在三维移动平台2上。三维移动平台2安装在L型底座1上，三维移动平台2的位移调整是由计算机10控制的三维移动平台控制器11来调控的。