[发明专利]以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法及冲击实验装置

说明书

本发明提供了一种以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法及冲击实验装置，涉及冲击动力学领域，其中以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法包括：S1.制备多个样品靶；S2.制备多个飞片组，每个飞片组包括第一飞片层和用于与样品靶碰撞的第二飞片层，所述第一飞片层与所述第二飞片层贴合，所述第一飞片层的阻抗小于所述第二飞片层的阻抗；S3.每个飞片组与一个样品靶对应，构成一个冲击实验组；S4.对每个冲击实验组进行碰撞实验。在实验中获得的只有动态拉伸应力幅值变化控制的单一变量所引起层裂的实验数据，能显著降低对拉伸应力幅值效应理论分析的难度。本发明还提供了一种冲击实验装置。

技术领域

本发明涉及冲击动力学领域，具体而言，涉及一种以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法及冲击实验装置。

背景技术

动态拉伸实验是冲击动力学和动态高压科学中重要的实验手段，在材料动态拉伸性能研究、结构设计等方面具有广阔的应用背景，也是研究高压、高应变率下材料动态损伤的主要技术之一。其中，冲击动力学是一门以力学、材料学、物理学为基础的力学分支学科，以冲击载荷作用下材料的动力学行为和结构特性为主要研究对象，包括材料构件在动载荷下的运动、变形、破坏和失效现象。主要应用领域有：爆破工程、钻井开矿、机械加工、水下爆炸切割等。

在冲击动力学中，根据外加载荷的不同，材料的断裂形式主要分为拉伸断裂和剪切断裂。这是动态断裂研究的两大主要方向。显而易见，当材料构件受拉伸应力作用而断裂时称为拉伸断裂，受剪切应力作用而断裂时称为剪切断裂。工程实际中大部分为拉伸断裂现象，这种断裂的作用机理为压缩波在自由面反射稀疏波，使得材料构件中的局部区域受力处于拉伸状态，一旦拉伸应力达到一定阈值、作用时间足够长，材料便会发生拉伸断裂，部分材料构件剥落，在断裂面处形成新的自由面，沿新的自由面剥离的部分称为层裂片，这种应力波反射引起的断裂现象称为反射断裂，即通常所说的层裂。

在现有技术中，为了便于研究层裂现象，可采用气炮、电炮等装置(动态拉伸应变率范围10⁴s^-1～10⁷s^-1，拉伸应力持续时间100ns～5ms)驱动飞片与样品碰撞，从而实现对层裂损伤演化过程的研究。在实验中，普遍采用的方案是通过改变碰撞速度，进而改变碰撞时的冲击波强度，使得冲击波后的压应力大小变化，最终实现对拉伸应力幅值的调节。

但是现有的实验过程中发现，通过改变碰撞速度所引起的层裂变化和理论拉伸应力幅值变化所引起的层裂变化存在较大偏差，严重影响平面冲击实验的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法及冲击实验装置，以改善上述问题。

本发明提供的一种以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法，包括：

S1.制备多个样品靶，多个所述样品靶的材质和厚度均相同。

S2.制备多个飞片组，每个飞片组包括第一飞片层和用于与样品靶碰撞的第二飞片层，所述第一飞片层与所述第二飞片层贴合，所述第一飞片层的阻抗小于所述第二飞片层的阻抗，多个飞片组的第一飞片层的阻抗互不相同，多个飞片组的第二飞片层的厚度、材质均相同。

S3.每个飞片组与一个样品靶对应，构成一个冲击实验组。

S4.对每个冲击实验组进行碰撞实验，用每个冲击实验组中的飞片组撞击对应的样品靶，多个冲击实验组中的飞片组均以相同的碰撞速度撞击对应的样品靶。

以上所述的以动态拉伸应力幅值为变量的实验方法，优选地，每个冲击实验组中的第一飞片层的厚度与第一飞片层的平均声速之比的两倍大于对应的样品靶的厚度与样品靶的平均声速之比。