[实用新型]超高应变速率精密拉伸原位测试平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料力学测试领域，特别涉及一种超高应变速率精密拉伸原位测试平台。其与部分商业化扫描电子显微镜有一定的结构兼容性、真空兼容性及电磁兼容性。可对材料在高应变速率载荷作用下的损伤和断裂过程进行测试和评价，为车辆设计提供所用材料的动态物理力学性能数据。

背景技术

材料轻量化、高强度是当前材料技术发展的重要方向之一。在这一趋势的推动下，与轻量化、高强度材料应用紧密相关的试验及评价技术，如高应变速率拉伸试验技术，材料、连接接头动态性能测试技术，材料的液压成形、热成形等工艺性能试验技术，都得到了迅速发展。材料试验是工业技术中最基础的试验之一。试验所测取的材料各种物理性能、力学性能和工艺性能数据，不仅可用于材料评价和零部件选材，而且广泛应用在产品设计、制造、质量控制、维修等各阶段。为满足工业发展对材料动态性能数据的需求，材料动态物理力学性能测试及评价技术，如高应变速率拉伸试验技术、高应变速率冲击试验技术、吸能试验技术等，已成为当前新型材料试验技术发展的热点和重点。

高速拉伸是相对于常规伪静态拉伸试验而言的，是一种高应变速率的拉伸试验，其应变速率范围通常在10^-3~10³/s。由于高速拉伸试验测得的材料动态应力-应变响应数据，可以反映材料在冲击载荷作用下的能量吸收特性，这在材料及其制品在冲击载荷下仿真分析时非常有用，因此这项试验的重要性日益显现。

目前，根据不同加载方式和作用原理，广泛应用的试验机可分为2种类型，即电液伺服试验系统和杆式试验系统。电液伺服式金属板材高速拉伸试验系统结构及加载方式与普通电液伺服试验系统基本相同，为获得足够高的加载速率，液压系统中的油泵和伺服阀通常都选取得很大，以致活塞杆的移动速度可达30 m/s。杆式试验系统有2种：霍普金森双杆式试验系统（Split Hopkinson Bar System）和单杆式试验系统（One Bar System）。除以上两种，还有火药爆炸冲击式、飞轮储能式等。但是，从速度、负荷、等速精度、结构复杂程度及经济性等几个方面考虑，在上述几种加荷方式中，普遍存在结构比较复杂庞大，伺服控制系统复杂，成本较高等问题。

因此，设计一种体积小、结构紧凑，测试精度高，有较大的试验速度变化范围，能够利用电子显微镜等成像系统实时监测宏观试件在载荷作用下的微观变形和损伤过程的超高应变率速率拉伸测试平台已十分必要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种超高应变速率精密拉伸原位测试平台，解决了现有技术存在的上述问题，一定程度上填补现有技术的空白。为实现精度高、应变速率可控、体积小、结构精巧、部分兼容电子显微镜等成像系统的可用于精密材料微观力学性能超高应变速率拉伸测试的装置提供一种有效的方案。针对航空航天，军事领域、汽车工业中冲撞变形中的高应变率（10²/s~10³/s），其变形形式有拉伸、压缩、剪切等，其中动态拉伸可以得到更为丰富的材料破坏信息。通过高应变率拉伸测试可以对材料在高应变速率下的微观变形、损伤和断裂过程进行监测，获得材料动态应力-应变响应数据，反映材料在冲击载荷作用下的能量吸收特性，这在零部件设计及碰撞仿真分析时提供重要的材料性能参数。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

超高应变速率精密拉伸原位测试平台，包括高速加载单元、信号检测及控制单元、连接夹持单元，所述高速加载单元包括低摩擦高速气缸Ⅰ~Ⅳ8、9、23、26、加载机构基板Ⅰ、Ⅱ5、11、导向光杠Ⅰ、Ⅱ3、29、高压气体共轨供给系统，其中高压气体共轨供给系统将高压气泵产生的高压气体以相同的压力输送给四个相同型号的低摩擦高速气缸Ⅰ~Ⅳ8、9、23、26，使四个气缸的输出杆产生相同的推力，推动加载机构基板Ⅱ11在导向光杠Ⅰ、Ⅱ3、29上做高速的运动，从而使被测试件21产生高应变速率；

所述信号检测及控制单元包括高精度拉压力传感器31、多普勒光电位移测量仪、高压气体控制系统，可为测试平台提供位移加载速率的模拟或数字量信号，作为高压气体控制系统控制的反馈信号，即高速加载单元可实现变加载速率的加载方式；由于被测试件21尺寸很小，用高精度拉压力传感器31可以满足测试的精度要求。