[发明专利]电磁力霍普金森压杆和拉杆实验加载装置的入射波控制方法

权利要求书

1.一种电磁力霍普金森压杆和拉杆实验加载装置的入射波控制方法，包括：

步骤一、电磁力应力波加载放电回路RLC震荡回路有三种工作状态：欠阻尼状态、临界阻尼状态和过阻尼状态；相同放电条件下，欠阻尼状态放电电流脉冲幅值最大、上升沿最陡、脉冲宽度最窄，有利于提高电磁力入射波幅值、上升沿斜率，降低入射波控制难度；欠阻尼状态下，RLC震荡回路需满足条件：

$R\<2\sqrt{L/C}---\left(1\right)$

式中，R-放电电阻，L-放电电感，C-放电电容；其特征在于还包括以下步骤：

步骤二、电磁力应力波发生器采用带中心孔的饼状线圈，次级线圈厚度10mm；放电电容(11)对放电线圈(6)放电，放电线圈(6)在轴向上产生强磁场，由于放电线圈(6)为带中心孔的饼状线圈，磁场在距离线圈表面10mm高度的区域内视为均匀磁场，次级线圈(7)假设为多个厚度很薄的饼状铜片的叠加；由于磁场分布均匀，薄铜板横截面积相同，当磁场变化时每一个薄铜板上产生的电磁力应力波相同，电磁力产生的应力波等于每一个薄铜板上产生的应力波的线性叠加，因此在距离放电线圈表面10mm高度的范围内磁场力应力波的幅值与次级线圈厚度成正比；在相同条件下，10mm厚度次级线圈刚好实现电磁力应力波幅值最大化；

步骤三、在电磁力应力波发生器欠阻尼工作状态下，放电电容(11)对放电线圈(6)放电，放电线圈(6)产生强脉冲电流并激发变化的强磁场，次级线圈(7)感生出涡流，感生涡流磁场与放电电流磁场相互作用产生电磁斥力；电磁斥力在应力波放大器(8)的作用下转化为加载入射波，其计算公式是：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\mathrm{KU}}^2}{A}{e}^{-\frac{R}{L}t}{\sin }^2\left(\mathrm{\ω}t\right)---\left(2\right)$

式中，σ-入射波，K-设备常数，U-放电电压，A-次级线圈面积，R-放电电阻，L-放电电感，ω-放电电流振荡圆频率，t-放电时间；对于固定的电磁力应力波发生器，设备常数K、放电电感L为固定值；

步骤四、电磁力应力波发生器以RLC放电回路为基础，入射波加载在放电电流第一个半周期内完成，欠阻尼状态下根据RLC放电电流周期得入射波脉冲宽度计算公式：

$T=\frac{\mathrm{\π}}{\sqrt{\frac{1}{LC}-\frac{R^2}{4L^2}}}---\left(3\right)$

式中，T-入射波脉冲宽度；对于一套特定的电磁力应力波发生器，放电电感和放电电阻固定不变；

步骤五、在霍普金森压杆和拉杆实验中，材料测试环境要求加载不同的入射波；为了输出满足实验特定要求的入射波；

步骤1，对于特定的电磁力应力波发生器放电电感为固定值，对其放电电感L进行测量；为了保证在不同电容量的放电电容下，电磁力应力波发生器均处于欠阻尼工作状态，选取实验中最大放电电容量，结合放电电感L，利用公式(1)计算出放电电阻(9)的最大值；

步骤2，将变压器(1)接入380V交流电电源中，充电可控硅(2)与变压器(1)的输出端接通；充电可控硅(2)、限流电阻(3)、滤波电感(4)、放电电容(11)和整流二极管(12)串联为一个整体回路，电压表V并入电路中测量充电电压；放电线圈(6)采用带中心通孔的饼状线圈，放电线圈(6)和放电电阻(9)串联后并联在放电电容(11)上，同时通过放电可控硅(5)控制放电；为了防止放电电容(11)在放电过程中反向充电，续流二极管(10)并联在放电电容(11)上，提供续流功能；次级线圈(7)通过螺栓连接固定到应力波放大器(8)上，次级线圈(7)与放电线圈(6)贴合；

步骤3，触发充电可控硅(2)，380V交流电通过变压器(1)升压，充电可控硅(2)和整流二极管(12)构成晶闸管整流模块对升压后的交流电整流，整流电流流入放电电容(11)实现充电；在充电过程中限流电阻(3)和滤波电感(4)对放电电容(11)提供充电保护；触发放电可控硅(5)，放电电容(11)对放电线圈(6)放电，次级线圈(7)产生电磁力，电磁力在应力波放大器(8)的作用下转化为应力波；对不同电压下电磁力应力波幅值和脉冲宽度进行测量，利用公式(2)计算出设备常数K；

步骤4，电磁力应力波加载设备放电电阻已知，放电电感L已知，将实验所需入射波脉冲宽度代入公式(3)计算出放电电容量；将电容量与计算值相同的放电电容接入放电电路，保证入射波脉冲宽度要求；

步骤5，如步骤3所述，此时设备常数K、放电电感L已知，将实验所需入射波幅值代入公式(2)，计算出放电电压；利用电磁铆接控制系统将放电电容充电电压设置为计算值，保证入射波的幅值要求；

步骤6，触发充电可控硅(2)，380V交流电通过变压器(1)升压后对放电电容(11)充电；触发放电可控硅(5)，此时应力波放大器(8)输出的应力波与实验要求的入射波一致。