[发明专利]分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法

说明书

本发明公开了一种分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法，其拉伸夹具包括主夹具体和副夹具体，所述主夹具体在半圆切面设有固定块和定位凸块，所述固定块与所述定位凸块之间形成定位卡槽，所述主夹具体在半圆切面开设有用于放置试件的放置凹槽，所述放置凹槽内设有定位圆柱，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位凸块配合的定位凹槽，所述副夹具体在定位凹槽处的凸起为定位卡块，所述定位卡块与所述定位卡槽配合，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位圆柱配合的定位盲孔。本发明有效解决试验过程中片状试件滑脱，保证夹具与试件紧固的稳定性，保证试验过程中波形传播完整性，避免对应力波的干扰，有效提高试验数据精度。

技术领域

本发明涉及材料力学和实验力学等研究技术领域，特别是涉及一种分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法。

背景技术

材料在高应变率下的动态力学性能研究在航空航天、轨道交通、汽车、舰船和国防工程等领域均具有重要的学术和工程价值。准确获取宽泛应变率范围内的材料力学响应，尤其是中高应变率下的材料力学响应成为研究焦点和难点。目前，常用的材料动态力学性能测试设备主要有伺服液压控制系统的高速材料试验机(10⁰～10³s^-1)、落锤试验机(10¹～10³s^-1)和分离式霍普金森杆(10²～10⁴s^-1)等装置。分离式霍普金森杆(压杆和拉杆)实验技术被认为是研究中高应变率下材料力学性能的最主要、可靠的实验方法，包含两个基本假定：1)一维应力波假设：假设撞击杆、入射杆、透射杆和试件中传递的应力波均为线弹性波，且在传递过程中撞击杆、入射杆、透射杆和试件的任意截面始终保持为平面；2)应力均匀性假设：假设在整个加载过程中试件中的应力和应变沿长度方向均匀分布。通过一维应力波传播理论可以得到试件的应力-应变关系。

分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Torsion Bar，SHTB)系统主要包含三部分：支架部分、拉杆主体部分和数据采集部分。其中支架部分主要用来支撑固定拉杆部分并且保证拉杆的水平。拉杆主体部分包括缓冲吸收器、单次波传递杆、加载接头、撞击管(俗称子弹)、炮管、入射杆、透射杆以及相应的气压装置组成。而数据采集系统则是由粘贴在杆子上的应变片，惠斯通电桥(应变片接线桥盒)，超动态应变仪以及高速采集系统组成。分离式霍普金森拉杆由材料性能和外径相同的撞击杆、入射杆、透射杆以及能量吸收系统组成。当撞击杆同轴撞击入射杆时，在入射杆产生一个近似的压缩方波，这个弹性压缩波传到入射杆和试件界面，一部分传进试件，一部分以拉伸波的形式反射回入射杆即成为反射应变波。进入试件的压缩波到达试件与透射杆界面时，有一小部分返回试件且在试件中来回反射达到应力平衡，另一部分传到透射杆形成透射应变波。

在使用分离式霍普金森拉杆进行材料的动态力学性能的研究过程中，试件和实验杆的接触面需要承受拉应力，螺纹法是常用的一种连接方法。螺纹法是将试件做成哑铃状的回转体，试件两端加工外螺纹，试件与分离式霍普金森拉杆用螺纹连接。但某些试验材料原板材的厚度不够，达不到分离式霍普金森拉杆螺纹连接所需要的直径，无法加工成直径满足要求的圆柱试件，只能加工成薄片状试件。对于这种薄片状试件，通常使用胶粘法。胶粘法的是用高强度胶水将板状试件的夹持端与分离式霍普金森拉杆的入射杆和透射杆紧密连接。这种方法得到的数据精度较高，但试验周期较长，每次试验都要单独粘接试件和杆件，而且试验后不好拆卸和清洗。螺纹法虽然提升了试验效率，但获取的数据精度低于胶粘法，且工程中很多材料难以加工成螺纹试件，所以螺纹法也不适用于工程应用。因此，对于薄片状试件，大多使用夹具来连接试件和杆件。