[发明专利]一种霍普金森拉杆实验装置及测试方法

权利要求书

1.一种高温下霍普金森拉杆实验装置，该装置包括电磁激发器（4）、入射杆（5）、水冷管道（8）、入射杆端夹头（28）、试件（22）、温控仪（11）、透射杆端夹头（20）、套筒（21）、透射杆（17）、密封舱（27）、高速摄像机（24）、示波器（29），其特征在于：

电磁发射器（4）的线圈（37）固定在线圈挡板（36）的凹槽中，线圈挡板（36）固定在支座（6）上；铜板（3）通过螺栓与入射杆法兰端（2）连接；水冷管道（8）粘附于入射杆（5）的右端；入射杆端夹头（28）左右两端分别与入射杆（5）和试件（22）连接；试件（22）右端开有一销孔，套筒（21）套入试件后，用销轴（41）固定；

密封舱（27）左端绕过入射杆端夹头（28），右端接触透射杆（17），通过支座固定形成密封空间；密封舱（27）顶端开有四孔，从左到右依次为氦气进气孔、加热夹头II导线入口、热电偶（12）入口、加热夹头I导线入口，底端右侧开有出气孔，左端开辟透明玻璃窗口，布置在窗口外的高速摄像机（24）采集实验过程中试件表面的图像。

2.根据权利要求1所述的霍普金森拉杆实验装置，其特征在于：透射杆端夹头（20）左端内壁与套筒（21）外壁在之间留有间隙，透射杆端夹头（20）右端通过均布于断面的6个螺栓与透射杆（17）的法兰端刚性连接。

3.根据权利要求1所述的霍普金森拉杆实验装置，其特征在于：

当试件装夹好后，密封舱充入氦气，打开加热开关（10），同时打开水冷装置，通过水泵，让冷水从入水口A进入，从排出口B排出。

4.根据权利要求1所述的霍普金森拉杆实验装置，其特征在于：

实验时，线圈（37）内的电流和铜板内的感应电流会各自产生感应磁场和次级感应磁场，并在入射杆（5）上形成拉伸波，拉伸波沿着入射杆（5）传播，当波传至入射杆（5）与试件（22）接触的界面时，由于试件和透射杆（17）的惯性效应，整个试件将被拉伸。

5.一种利用权利要求1所述的高温下霍普金森拉杆实验装置进行测试的方法，其特征在于：

步骤1、制造实验试件，其中，试件的左右两端分别攻螺纹和镗孔，试件表面喷白漆后印制0.1mm×0.1mm的黑色网格；

步骤2、在密封腔（27）中注满氦气；

步骤3、接通外部电源完成给电磁激发器（4）的电容（34）充电；

步骤4、接通加热炉开关（10），开始给试件（22）加热，同时由温控仪（11）调节功率的大小，使试件温度达到实验要求；

步骤5、开启高速摄像机（24），然后打开电磁激发器开关（33），完成电容（34）的放电过程和试件的拉伸过程，观察并记录实验数据；

步骤6、对实验数据进行处理分析，具体分析方法如下：

1）拉伸过程应变ε(t)：利用高速摄像机（24）采集实验过程中试件表面的图像特征，把数字图像导入到计算机中，对得到的网格图像进行降噪、二值化和骨架化，识别、提取网格线的特征点，把特征点的投影平面内坐标值转化为空间坐标值，计算变形前后网格的变化，得到试件的变形场和变形程度;高速摄像机（24）每张照片曝光的时间为Δt,根据高速摄像机的记录，结合网格应变分析，对应开始变形后的第n张照片，即可得到变形时刻为t=n×Δt时的应变ε_n·Δt；

2）计算拉伸过程应力σ(t)：其中试件的动态应力σ(t)为：

σ(t)=EAASϵT(X2,t)=EAAS[ϵI(X1,t)+ϵR(X1,t)]]]>

其中，EA为杆的刚度，A_S为试件的截面积，ε_T(X₂,t)为t时刻应变片II测得的透射波应变，ε_I(X₁,t)为t时刻应变片I测得的入射波应变，ε_R(X₁,t)为t时刻应变片I测得的反射波应变。