[发明专利]一种钛合金动态力学性能的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于材料动态力学测试和信号检测领域，尤其涉及一种基于霍普金森压杆的钛合金动态力学性能的测试方法。

背景技术

钛合金具有诸多优点，如比强度高，一般钛合金的密度仅为钢的60%，但其刚度却超过许多合金结构钢；具有优良的耐热性和优异的生物相容性，在航空航天、医用等领域有广泛的应用。在飞机制造上主要利用钛合金的比强度高，抗热性高、耐腐蚀性强的特点，广泛应用于机身隔热板、导风罩等非承力构件以及隔框、梁、襟翼等重要承力构件中。钛合金在航空发动机中用于减轻结构重量、提高发动机推动比上，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金高强度比、耐腐蚀和耐低温性能上，主要用于制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体等。在医用领域钛无毒、质轻且具有优良的生物相容性，用作植入人体的植入物等。

钛合金虽然在航空航天领域得广泛的应用，但其作为一种新型材料，人们对其性能尤其是受到撞击等高应变速率下的动态力学性能还知之甚少。霍普金森压杆试验是一种用来获得高应变率下本构关系的试验技术，目前被广泛用于如复合材料、铝合金、混凝土等材料的测量中。典型霍普金森压杆试验装置是由撞击杆（子弹）、长度相同的入射杆、透射杆、阻尼杆和测试仪器组成。试验时入射杆和透射杆分别贴有应变量传感器，试验试样被夹在入射杆和透射杆中间，当高速子弹撞击入射杆时试样会产生压缩变形，通过测量撞击时入射杆和透射杆产生的应力波波形可以得出试样高应变速率下的动态响应。

目前，霍普金森压杆试验还没有具体可行的规范，试验装置和操作流程要求不一，可能导致同一个人利用不同的试验系统测试同种材料的得到较大差别的动态压缩力学结果，也可能导致不同人利用同一试验系统测试同种材料的动态力学性能得到不同的结果。而且由于钛合金强度较高，传统的车削 、冲裁工艺无法满足霍普金森试验对试样圆度、平整度要求较高，同时钛合金的高强度对子弹的撞击速度提出了更高的要求，普通铝合金、碳钢无法满足入射杆和透射杆刚度的要求。以上因素导致霍普金森试验技术很难应用到超高强钛合金测试中。

因此，寻求一种高强度钛合金的霍普金森压杆试验方法，对获得高应变速率下钛合金动态力学性能至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述技术问题的钛合金动态力学性能的测试方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种钛合金动态力学性能的测试方法，其包括以下步骤：

S1、采用线切割或激光切割或磨削工艺将钛合金制成实验试样；

S2、将入射杆和透射杆装入霍普金森试验台中，将钛合金实验试样置于在入射杆和透射杆之间，使用撞击杆直接冲击入射杆，通过入射杆对钛合金实验试样施加冲击载荷；

S3、测量入射杆和透射杆的撞击应变量并通过计算机的处理获得相应的超强钛合金动态力学曲线。

作为本发明的进一步改进，所述入射杆和透射杆的材质均为弹簧钢，所述撞击杆是通过车削或研磨的切削工艺制备的。

作为本发明的进一步改进，所述“将入射杆和透射杆装入霍普金森试验台中，将钛合金实验试样置于在入射杆和透射杆之间，使用撞击杆直接冲击入射杆，通过入射杆对钛合金实验试样施加冲击载荷”步骤具体为：

将入射杆和透射杆装入霍普金森试验台中，使用粘合剂将钛合金实验试样黏贴在入射杆和透射杆间，开启气动控制装置用压缩气流加速撞击杆撞击入射杆。

作为本发明的进一步改进，所述“测量入射杆和透射杆的撞击应变量并通过计算机的处理获得相应的超强钛合金动态力学曲线”步骤具体为：

通过高精度应变传感器测量入射杆和透射杆的撞击应变量并将其转换成电信号传输给计算机，计算机经过取反、滤波、计算的处理方式获得相应的超强钛合金动态力学曲线。

作为本发明的进一步改进，所述高精度应变传感器为片状传感器，贴附在所述入射杆和透射杆表面。

作为本发明的进一步改进，所述入射杆和透射杆的杆径和杆长一致，具有同轴度且其端面平整。

作为本发明的进一步改进，所述钛合金为TAXX系或TBXX系或TCXX系。

作为本发明的进一步改进，所述粘合剂为凡士林或其他高粘稠度的矿脂。

作为本发明的进一步改进，压缩气流的压强为0-5Mpa。

本发明的有益效果是：本发明改进了霍普金森压杆撞击装置，制备了新型超强钛合金试样，使用高精度应变传感器，将霍普金森压杆试验技术用于超强钛合金动态力学性能测定中，提高了测量的精度，具有广泛的应用前景。

附图说明