[发明专利]电磁式应力波发生器的主线圈及充电/放电的方法

权利要求书

1.一种电磁式应力波发生器的主线圈，其特征在于，包括绕线器、导线接头座、多个绝缘线圈和多个子线圈；所述绕线器的圆周表面有环状的线圈安装槽，所述各子线圈和各绝缘线圈依次交替套装入所述线圈安装槽内，并且最底层为子线圈，最外层为绝缘线圈；在所述绕线器一端端面的一侧开有两排通孔，分别为正极导线孔和负极导线孔；所述导线接头座粘接在所述绕线器有导线孔一端表面，并使该导线接头座上的两排导线孔分别与所述绕线器端面的正极导线孔和负极导线孔一一对应。

2.如权利要求1所述电磁式应力波发生器的主线圈，其特征在于，所述的正极导线孔的中心线和负极导线孔的中心线均与所述绕线器的中心线平行，并使所述的正极导线孔和负极导线孔均与位于线圈安装槽内的子线圈的表面一一对应。

3.如权利要求1所述电磁式应力波发生器的主线圈，其特征在于，所述各子线圈逐一按要求套装在所述绕线器圆周表面的线圈安装槽内后，各子线圈端面的正极接头和负极接头分别与导线连接，并且各导线分别穿过绕线器和导线接头上的导线孔，分别与加载枪的各电容充电器的正极导线接头和负极导线接头连接。

4.如权利要求3所述电磁式应力波发生器的主线圈，其特征在于，所述各电容充电器分别与铆接装置的电源连接；所述各电容充电器中的各电子开关分别与多路同步触发器的各路接头连接。

5.一种权利要求1所述电磁式应力波发生器的主线圈的充电/放电的方法，其特征在于，所述的充电/放电的方法包括短脉冲、高幅值应力脉冲的主线圈充电/放电和长脉冲、低幅值应力脉冲的主线圈充电/放电；

Ⅰ所述短脉冲、高幅值应力脉冲的主线圈充电/放电的过程分别是：

将各电容充电器的充电电压设置为600～3000V；

所述主线圈充电过程是：点击充电按钮，在电容充电器的控制电路中，PLC输出控制信号至储能可控硅，使对应的储能可控硅导通，之后，变压器将工业380V交流电升压到600～3000V交流电，整流桥对600～3000V交流电进行整流，使其变换为600～3000V直流电后对电容器组进行充电；

所述主线圈放电过程是：充电完成后，控制多路同步触发器向各电容充电器的电子开关同时发出触发信号，使所述各电容充电器的电子开关按照设定的时间接通，使对应的放电可控硅导通，储能电容器中储存的能量经过放电可控硅和子线圈形成的电容放电电路释放出来，从而产生时间周期为400us、幅值35000A的正弦放电电流；

放电可控硅导通后，放电电流流经主线圈的每一个子线圈，在其周围形成高强度的脉冲磁场，所述磁场的强度沿主线圈的半径由内向外分布呈高斯分布，即在主线圈半径的一半处磁场强度最强，由主线圈半径的一半处向两边呈衰减分布；在加载枪中，主线圈与次级线圈相互贴紧，由于电磁感应而在所述次级线圈中产生涡流，该涡流的电流强度随时间呈正弦变化，电流周期与主线圈的放电周期一样，所述涡流的电流在次级线圈靠近主线圈的端面上沿半径方向呈高斯分布，在半径的一半处电流最大，幅值为5A，在次级线圈的厚度方向，涡流强度随着测量平面距主线圈端面的距离而衰减；所述主线圈和次级线圈产生的脉冲磁场方向相反，从而产生极强的电磁斥力；所述电磁斥力在次级线圈中形成一个历时很短的、强度很高的应力脉冲，所述应力脉冲经过放大器锥面的反射放大后由放大器的小端输出，形成脉冲宽度400us，幅值600Mpa的正弦形应力脉冲，所述应力脉冲经过整形后即可作为应变率为3000s^-1的霍普金森压杆实验的加载应力波；

由于是通过多个电容充电器同时对相应子线圈放电，在主线圈中的安匝数是多个子线圈的安匝数之和，这使得主线圈的磁场由于多个子线圈磁场的叠加而增强，而磁场的持续时间是一个子线圈的放电时间，所以这种方式产生的应力波是短脉冲，高幅值的应力脉冲，可用于材料的高应变率实验；

Ⅱ所述长脉冲、低幅值应力脉冲的主线圈充电/放电的过程分别是：

将各电容充电器的充电电压设置为600～3000V；

所述主线圈充电过程是：点击充电按钮，电容充电器的控制电路中，PLC输出控制信号至储能可控硅，使对应的储能可控硅导通，之后，变压器将工业380V交流电升压到600～3000V交流电，整流桥对600～3000V交流电进行整流，使其变换为600～3000V直流电后对储能电容器进行充电；

所述主线圈放电过程是：充电完成后，控制多路同步触发器向各电容充电器的电子开关同时发出触发信号，使所述各电容充电器的电子开关按照设定的时间间隔依次接通，使对应的放电可控硅导通，电容器组中储存的能量经过放电可控硅和子线圈形成的放电电路释放出来，从而产生宽度800us、幅值32000A的正弦放电电流，多个子线圈依次放电使主线圈的放电电流持续时间变长；所述各电容充电器的电子开关依次接通的时间间隔为50～100us；

放电可控硅导通后，放电电流流经主线圈的每一个子线圈的周围形成高强度的脉冲磁场，多个子线圈依次放电使主线圈的磁场持续时间变长；所述磁场的强度沿主线圈的半径由内向外分布呈高斯分布；在加载枪中，主线圈与次级线圈相互贴紧，由于电磁感应而在所述次级线圈中产生涡流，由数值模拟可知，所述涡流的电流强度随时间呈正弦变化，电流周期与主线圈的放电周期一样，所述涡流的电流在次级线圈靠近主线圈的端面上沿半径方向呈高斯分布，在半径的一半处电流最大，幅值为3A，在次级线圈的厚度方向，涡流强度随着测量平面距主线圈端面的距离而衰减；所述主线圈和次级线圈产生的脉冲磁场方向相反，从而产生极强的电磁斥力；所述电磁斥力在次级线圈中形成一个历时很短的、强度很高的应力脉冲，所述应力脉冲经过放大器锥面的反射放大后由放大器的小端输出，形成脉冲宽度800us，幅值200Mpa的正弦形应力脉冲，所述应力脉冲经过整形后即可作为应变率为500s^-1左右的霍普金森压杆实验的加载应力波；

通过多个电容充电器分时对相应子线圈放电时，在主线圈中每一时刻的安匝数是一个子线圈的安匝数，使得主线圈的磁场强度变小，磁场的持续时间由于多个子线圈放电时间的叠加而变长，产生长脉冲、低幅值的应力波脉冲。

6.如权利要求5所述电磁式应力波发生器的主线圈的充电/放电的方法，其特征在于，所述短脉冲是指脉冲宽度为100～400us的应力波脉冲，所述高幅值是指正弦形应力脉冲的幅值为400～1500Mpa；所述短脉冲、高幅值应力脉冲的主线圈充电/放电的过程适于应变率大于2000s^-1的材料实验；

所述长脉冲是指脉冲宽度为400～1000us的应力波脉冲，所述低幅值是指正弦形应力脉冲的幅值为100～400Mpa；所述长脉冲低幅值应力脉冲的主线圈充电/放电的过程适于应变率500s^-1的材料实验。