[实用新型]一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置

说明书

本发明公开了一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置，包括底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、应变片、吸收杆、阻尼器、螺母、试样位置、对中孔、键槽等结构。其中，底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、吸收杆、阻尼器沿轴线依次分布。本发明利用轻气炮作为驱动装置，应变率能实现超高(10⁴～10⁷s^‑1量级)、可控加载，可以重现高速切削过程中的绝热剪切行为。

技术领域

本发明涉及材料动态力学性能研究领域，尤其涉及一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置。

背景技术

霍普金森剪切装置是研究材料动态力学性能的主要装置，可以得到材料在高应变率(10²～10⁵s^-1)下的力学性能参数。目前的分离式霍普金森压杆装置是通过入射杆冲击试样的方式实现加载。这种方法的缺点在于：为了保证获得完整的入射波形和反射波形，入射杆的长度远大于输出杆的两倍，在实际加工中，入射杆加工难度较大，这就导致装置加工成本较高。其次，装置使用气枪作为驱动源，由于撞击速度与气压的对应关系难以确定，因此无法准确控制试验时的应变率，需要尝试多次试验才能达到所需应变率。无法实现应变率可控。

并且，轻合金例如钛合金、铝合金等由于其优良的综合性能被广泛应用于航空航天部件中，其主要的加工方式为高速切削。高速切削过程中材料处于“高应变率(10⁶s^-1)、大应变、高温”条件下。而目前常用的霍普金森剪切装置的应变率能达到10⁵s^-1，不能实现高速切削过程中的高应变率加载。因此，其难以得到钛、铝等航空轻合金在超高应变率加载下的动态力学性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置，以实现超高可控应变率加载下的材料力学性能的测量。

本发明提供的超高可控应变率的动态冲击剪切装置的技术方案是：一种实现超高可控应变率的动态冲击剪切装置，包括底座、轻气炮、螺栓、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、应变片、吸收杆、阻尼器、螺母、试样位置、对中孔、键槽等结构，其中，底座、轻气炮、弹子、磁电式速度测量装置、试样、试样夹持器、输出杆、固定装置、吸收杆、阻尼器沿轴线依次分布。

所述磁电式速度测量装置位于试样夹持器和轻气炮之间，且磁电式速度测量装置靠近试样夹持器一侧。目的是为了更为准确的反馈弹子的瞬时速度，便于后续计算。

试样夹持器中包含与输出杆进行固定的键槽以及固定试样的槽。

试样装在试样夹持器中，弹子依次通过磁电式速度测量装置、对中孔、试样。

本发明提供的超高可控应变率的动态冲击剪切方法是根据一维应力波假定和短试样的应力/应变沿其长度均匀分布假定得到试样的平均应力、应变率和应变。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1.去掉入射杆，结构简化，降低装置成本和加工难度。

2.通过调整轻气炮的气压大小调整弹子冲击速度，实现速度可控，轻气炮的弹子速度能达到10⁷m/s以上，试样为薄试样(标距(厚度)为1-2mm)，根据应变率等于冲击速度除以试样标距，实现可控、超高应变率(10⁷s^-1量级)加载。

附图说明

图1试验装置三维示意图

图2试验装置俯视图

图3弹子、试样夹持器、磁电式速度测量装置位置示意图