[发明专利]一种用于脆性材料的单轴双向动态拉伸实验方法

权利要求书

1.一种用于脆性材料的单轴双向动态拉伸实验方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1排布器材、装夹试样；

步骤2，实验电压以及电容的确定：

设定控制台电容充电器充电电压X为1500V；所述充电电压在电容充电器的额定电压以内；通过并联或串联多个电容器以调整基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验装置所需的电容值；

步骤3、电容充电器组充电：

启动基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验装置的充电按钮；电容器组电压至设定的1500V；

步骤4、电容充电器组放电加载：

启动基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验装置的放电按钮，实验装置闭合控制开关完成对电磁加载枪的放电；由于两个电磁加载枪的额定工作电压、额定功率完全相同，该放电电流会平均分配给两个并联在电路中的加载枪；当电容器的电压降至0V时，放电完成；

步骤5、实验数据的采集和处理：

所述充电和放电过程完成后在第一入射杆中和第二入射杆中分别产生一个半正弦形入射波；两个所述的入射波分别沿着所在的入射杆轴向向试样传播共同组成了双向加载入射波；当两个所述入射波到达所在入射杆与试样的接触面时，第一入射杆中的入射波中的一部分反射回该第一入射杆，另一部分透射穿过试样进入第二入射杆中形成了透射波；同样，第二入射杆中的入射波中的一部分反射回该第二入射杆，另一部分透射穿过试样进入第一入射杆中形成了透射波；第一入射杆中入射波的反射波和第二入射杆中入射波的透射波将会叠加在一起形成第一入射杆中的叠加波；同样，第二入射杆中入射波的反射波和第一入射杆中入射波的透射波将会叠加在一起形成第二入射杆中的叠加波，第一入射杆中的叠加波与第二入射杆中的叠加波共同组成了双向加载叠加波；

将经由数据采集器得到的电压信号通过公式(2)转化为入射杆上的应变信息

式中，ε为应变信号，K值是所选用的应变片的灵敏度系数，U₀为惠斯通电桥电压，ΔU为相应采集通道的随着时间变化输出的电压值；将第一入射杆中的入射波电压信号代入式(2)得到第一入射杆上的入射应变ε_i1，将第二入射杆中的入射波电压信号代入式(2)得到第二入射杆上的入射应变ε_i2；将第一入射杆的叠加波电压信号代入式(2)得到第一入射杆上的反射应变ε_r1，将第二入射杆的叠加波电压信号代入式(2)得到第二入射杆上的反射应变ε_r2；将所述得到的第一入射杆上的入射应变ε_i1、第二入射杆上的入射应变ε_i2，以及第一入射杆上的反射应变ε_r1和第二入射杆上的反射应变ε_i2分别代入公式(3)、(4)、(5)中，得到试样在动态双向加载过程中的工程应力σ、工程应变率和工程应变ε；

式中，C₀为波导杆弹性波波速，S_b为波导杆的横截面积，E_b为波导杆的杨氏模量，L_s为试样的测试长度，S_s为试样测试段的横截面积；

根据圆盘劈裂实验结论，得到试样在双向动态加载条件下的拉应力σ_t：

以t为横轴，σ_t为纵轴作图，得到试样在双向动态拉伸条件下的应力-时间曲线；以时间t为横轴，为纵轴作图，得到了试样的双向加载拉伸应力以及双向加载拉伸应变率随时间变化的曲线，试样在应变率为100s^-1的条件下，双向动态抗拉强度在47MPa；

至此，完成脆性材料的动态单轴双向拉伸实验。

2.如权利要求1所述用于脆性材料的单轴双向动态拉伸实验方法，其特征在于，步骤1中的排布器材是将基于电磁力加载的分离式霍普金森杆实验装置中的电磁加载枪组装完成，使电磁加载枪的主线圈、次级线圈、第一入射杆和第二入射杆同轴；在所述第一入射杆长度1/2处和第二入射杆入射杆长度1/2处的外圆周表面分别粘贴有电阻应变片；分别将所述第一入射杆上的电阻应变片和第二入射杆上的电阻应变片以惠斯通电桥连接方式接入数据采集系统中。