[发明专利]超高速拉伸试验装置

说明书

技术领域

    本发明涉及非常规金属材料拉伸试验技术与力学检测领域，特别涉及一种集驱动、加载、检测为一体的超高速拉伸试验装置。

背景技术

拉伸是测试材料力学性能的一种方法，现有的拉伸过程的研究大都是在静态载荷条件下的情形，而在实际工程应用中的构件，很多都处在冲击等动态载荷作用的条件，例如飞机、火车、汽车等交通工具都是处于高速的状态，一旦发生危险，产生的力均是极大的冲击力。这就迫切需要我们对材料在动态载荷作用下的力学性能进行研究，较为细致地了解材料在高速载荷作用下的本构关系及破坏机理，为进行材料筛选或材料设计奠定基础。因此，设计一种体积小巧、结构紧凑，测试精度高的超高速拉伸试验装置可为力学测试领域提供新的研究手段，即可对材料在动态加载过程中的微观力学行为及变形损伤机制进行深入研究。

材料动态力学行为的宏观研究开展较为广泛，已取得一些可喜的成果。与之相比，微观特征分析研究则逊色得多，由于缺少相应装置，国内外开展得甚少。近年来随着科学发展和新技术、新材料的应用，各种材料在某种特定条件下的性能研究，愈加受到重视。材料的高速拉伸试验就是了解材料特性和变形速度相关性的基本方法之一。高速拉伸试验，由于速度很高(一般在每秒数米至数百米)，一般常规试验机如电子万能试验机，已无法满足要求，因此，国外一些厂家从60年代起就已开始了高速拉伸试验机的研制和生产，设计和采用了多种快速加荷的驱动方式，以适应各种速度变化范围，达到试验目的。目前多数部门高速拉伸试验只能用冲击试验机代替或自制较简单的试验装置进行，试验能力有限，条件落后。因此，尚需此方面的着重研究，促进技术进步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高速拉伸试验装置，解决了现有技术存在的结构庞大、耗能高，精度低、成本高等问题。本发明具有结构紧凑，体积小，拉伸速度高，检测精度高的特点，可以对材料进行超高速拉伸，并且能够在线监测宏观试件在载荷作用下的微观变形以及损伤断裂过程，可通过超高速拉伸测试获得材料的断裂应变、临界冲击拉伸速度，也可通过材料的“高速应变强化”现象，从而获得材料在高速拉伸载荷作用下的强度、模量及断裂应变等重要力学参数。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

超高速拉伸试验装置，包括冲击气缸驱动单元、试件拉伸单元、信号检测单元，所述冲击气缸驱动单元、试件拉伸单元是：四个冲击气缸14的输出端活塞与滑块Ⅰ13相连，通过外部系统的控制，冲击气缸14推产生冲击力，在其作用下冲击气缸14带动滑块Ⅰ13与滑块Ⅱ12碰撞后沿花台5上的光杠10做直线运动，活塞带动滑块Ⅰ13与滑块Ⅱ12碰撞后以相同的速度沿光杠10做反向直线运动，光杠10穿过滑块Ⅰ、Ⅱ13、12，并固定在花台上，光杠10与滑块Ⅰ、Ⅱ13、12间通过轴承Ⅰ11连接，光杠10与花台5通过轴承Ⅱ9连接；四个冲击气缸14分别固定在滑块Ⅰ13的四角；支架Ⅱ3通过螺钉固定在花台5上，支架Ⅰ4通过螺钉固定在支架Ⅱ3上，支架Ⅰ4支撑冲击气缸14，使其沿支架Ⅰ4做直线运动；试件夹持部分通过连接块15和力传感器19固定在滑块Ⅱ12上，连接块15穿过滑块Ⅰ13中间的圆孔，力传感器19螺纹连接在连接块15与滑块Ⅱ12上。

所述的四个冲击气缸14上设有火花塞，四个火花塞用一个导线连接起来，通过外部系统的控制使导线通入电流，则可点燃冲击气缸内的火药粉末、汽油喷雾或者氧氢混合气等可燃物从而释放大量能量，在冲击力的作用下，冲击气缸与活塞做反方向的直线运动，在此过程中可以通过调整气缸内可燃物的浓度来调整冲击力，从而调整拉伸的速度。

所述的试件夹持部分是由试件17、夹具18、压板16、连接块15、力传感器19组成，所述夹具18通过螺钉固定在连接块15上，压板16通过螺钉固定在夹具18上，试件17通过夹具18的凸台与压板16的凹槽夹持，夹具18的凸台上分布着尖锐的凸起，增加夹持力。

所述的信号检测单元由力传感器19和位移传感器20组成，所述力传感器19的一端与滑块Ⅱ12螺纹固定连接，另一端与连接块15螺纹固定连接，滑块Ⅱ12在直线运动的过程中，力传感器19用于测量拉伸过程中的作用力，位移传感器20置于两连接块15之间。

所述的滑块Ⅰ13和滑块Ⅱ12的接触面设有四个球形缓冲块，在滑块Ⅰ13和滑块Ⅱ12碰撞的过程中起缓冲作用。

所述的连接块15的一端与力传感器19螺丝连接，另一端连接试件17的拉伸夹具，起到连接与传力的作用。