[发明专利]一种单波导杆材料动态压痕实验方法

说明书

本发明公开了一种单波导杆材料动态压痕实验方法，特点是在压杆的右端部一体设置球形的压头，并在压杆的左端部固定脉冲整形器，在压杆的中部固定电阻应变片，然后分别在不安装被测试件的状态下进行撞击实验，在不安装被测试件且去掉撞击杆的状态下进行实验，最后在压头的右侧放置被测试件，通过撞击杆进行撞击实验，并将上述所测得的各个信号代入关系式，处理后，得到压头的压入力、压入速度和压入位移时程曲线，实现对材料动态力学性能的测试；优点是通过该实验方法可精确测得压头压入被测试件过程中的压入力、压入位移和压入速度时程曲线，且可用于应变率高达10⁵s^‑1量级的材料动态力学特性的原位测试及工件动态力学性能的现场测试。

技术领域

本发明涉及一种用于测试材料动态力学特性的实验方法，尤其涉及一种单波导杆材料动态压痕实验方法。

背景技术

工程材料的力学行为受到其应力状态的明显影响，而在动态加载条件下，材料的力学行为更与加载的速度(具体度量为应变率)相关，对于高应变率下材料力学性能的测量，现在实验技术受到各种限制仍不尽完美。材料硬度实验是工程界广泛采用的材料力学性能的测试方法，简单有效，而仪器化压痕、纳米压痕实验技术则是传统硬度测量的进一步发展，可以测得压入过程的变形与受力，但现有技术仅限于材料的静态性能测试。虽然也有采用动态压入的实验技术如常见的里氏、肖氏硬度计等，但它们仅具有形式上的“动态”，并不能测得足够的材料的动态力学响应的细节。

目前也有采用霍普金森压杆来研究材料的动态力学特性，但现有的方法由于压头与压杆的波阻抗不完全匹配，使得其实验中压入量时程测量的误差不可忽略；又由于动态力传感器的支承方式，使得压入力的测量不可避免地含有附加振荡，从而导致其整体的测量精度不高，且不适用于高加载速度下的测试。此外，在许多情况下，希望对于材料动态力学特性的测试能够在其工作的环境下进行即所谓原位测试，而目前的动态硬度测试技术对此无能为力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可精确测得压头压入材料过程的压入力与压入位移时程曲线，且可用于应变率高达10⁵s^-1量级的材料动态力学特性的原位测试及工件动态力学性能的现场测试的单波导杆材料动态压痕实验方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种单波导杆材料动态压痕实验方法，包括以下具体步骤：

(1)、在压杆的右端部一体设置球形的压头，并在压杆的左端部固定脉冲整形器；

(2)、在压杆的中部固定电阻应变片，并将电阻应变片与信号调理器电连接，将信号调理器和计算机处理系统分别与数字示波器电连接；

(3)、在不安装被测试件的状态下进行撞击实验，具体为：发射撞击杆，撞击杆撞击压杆的左端，压杆中的应力波在压头处发生自由面反射，电阻应变片分别测得压杆中的入射波应变信号ε_i0(t)和反射波应变信号ε_ri(t)，同时测出压头的速度时程v_i(t)，然后通过傅立叶变换得到相应的频域变量E_i0(ω)、E_ri(ω)和V_i(ω)，即E_i0(ω)＝F[ε_i0(t)]，E_ri(ω)＝F[ε_ri(t)]，V_i(ω)＝F[v_i(t)]；