[发明专利]电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法

说明书

本发明公开了一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法，涉及实验力学测量技术领域，其技术方案要点是包括加载杆、应力波放大器、次级线圈、放电线圈、夹持装置和压力传感器，其特征是：压力传感器通过连接件与夹持装置的一侧固定连接，加载杆、应力波放大器、次级线圈和放电线圈位于夹持装置远离压力传感器的一侧，效果是通过设置前夹头和后夹头，前夹头和后夹头的内部均设有夹持块，利用夹持块将测试试件夹紧，可以有效避免高速加载过程中出现的试件滑脱。本发明利用电磁感应原理将电能最终转化为冲击动能，从而实现了在可控范围内对金属材料和复合材料及其连接结构在中应变率(1～500/s)下的有效测量。

技术领域

本发明涉及实验力学测量技术领域，更具体地说，它涉及一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法。

背景技术

应变率是现代材料力学领域性能研究的一个重要参数。一般而言，中应变率范围指的是在1/s～500/s之间的加载状态，低于1/s通常称为准静态加载，也叫低应变率加载，大于500/s则称作高应变率加载。目前低应变率主要通过材料拉伸试验机进行测试，也是最为常见的材料力学性能测试方法，而高应变率主要通过分离式霍普金森杆进行高速性能测试。

现代飞行器和高速列车以及高性能跑车在设计之初和服役过程中就要充分考虑结构的抗撞特性，这对于乘客安全和结构使用寿命具有重要意义。尤其对于现代飞机机身和机翼结构，鸟撞、冰雹和应急坠撞等现象时有发生，这就要求飞机在设计之初需要对相关材料及其结构在冲击载荷的性能做出有效的测试和分析。目前飞机上大量使用的钛合金、铝合金以及新型复合材料均在不同程度上表现出一定的应变率效应。中应变率恰恰是高速交通工具撞击载荷下经历的一种加载状态。高速拉伸试验机虽然可以实现中低应变率的测试，但是其主要通过相对匀速加载的方式进行测试。霍普金森杆试验装置只能实现高应变率的冲击测试，而且由于结构尺寸限制，不能用于常规连接结构件的动态性能测试，目前主要应用于基础力学性能的研究。

基于RLC放电回路的脉冲电磁力加载技术目前已经实现安全可控、高速加载、幅值可调等众多优势，在军工行业得到了广泛的应用和推广。对于电磁加载试验装置，专利号为201710399113.7的发明专利提供了一种基于电磁加载的机械连接接头高速冲击试验装置及试验方法，此方法利用电磁加载原理，通过控制电容和电压可以实现理论上0～50m/s的动态加载测试。该装置中的试件夹持部位没有解决夹紧的问题，采用螺栓进行穿孔的连接方式类似于多钉结构的连接，在动态加载过程中，夹头部位的连接孔附近会承担一定的冲击载荷，降低测试结果的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种夹持装置稳固、测试快捷的电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统及其试验方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种电磁加载新型中应变率冲击拉伸测试系统，包括加载杆、应力波放大器、次级线圈、放电线圈、夹持装置和压力传感器，压力传感器通过连接件与夹持装置的一侧固定连接，加载杆、应力波放大器、次级线圈和放电线圈位于夹持装置远离压力传感器的一侧，加载杆、应力波放大器、次级线圈和放电线圈依次排列，且连接在一起，放电线圈靠近夹持装置的一侧通过螺栓与线圈支座连接；

夹持装置包括前夹头和后夹头，且前夹头和后夹头均为门字形结构，前夹头和后夹头内腔的前后两侧均设有夹持块，前夹头和后夹头门子形夹持部位的两侧均开设有螺纹孔，夹持块与前夹头和后夹头夹头部位配合的斜面开设有埋头孔，且埋头孔的位置与螺纹孔的位置相对应。

优选地，前夹头和后夹头的外围均加装有保护框。

优选地，加载杆背离应力波放大器的一侧设有阻尼器，且加载杆与阻尼器不接触，阻尼器为筒状结构，且阻尼器的内部填充橡皮泥或者泡沫。

优选地，加载杆和线圈支座的材质为不锈钢。