[发明专利]材料原位动态拉伸加载试验装置

说明书

材料原位动态拉伸加载试验装置，属于材料动态力学性能测试技术领域，本发明为解决中应变率加载试验存在的问题。本发明方案：上压板和下拉板为相互平行的立板，并通过两条导向支承柱连接；上拉板和下基板为相互平行的立板，并通过两条导向支承柱连接；上拉板和下拉板相对面各设置一个测力基座，两个测力基座用于夹持试件；下基板末端固定在支承座上；上压板首端端面中心位置设置整形器；撞击杆发射单元发射的撞击杆通过整形器撞击上压板，并将瞬态拉伸载荷通过导向支承柱传给下拉板，使下拉板产生与撞击杆同向的运动，进而拉伸试件，试件拉伸的力载荷由测力基座测量，试件拉伸引起的应变由应变测量单元测量，完成材料原位动态拉伸加载试验。

技术领域

本发明涉及一种材料原位中应变率拉伸试验装置及方法，适用于在中应变率条件下研究材料的动态力学性能，获得材料的中应变率动态力学特性，属于材料动态力学性能测试技术领域。

背景技术

汽车碰撞、外物对飞机和高铁的撞击、金属加工等等均涉及研究材料在中应变率加载条件下的动态力学响应特性。

研究率敏感材料的动态力学性能需要多种方法和手段，如准静态拉伸、压缩和扭转试验10^-3～10^-1S^-1采用传统的伺服试验机；而霍普金森杆技术广泛用于研究材料的高应变率力学行为响应特性，霍普金森拉杆一般产生的应变率是从200～10³S^-1。考虑材料中低应变率1～200S^-1变形行为的文献数据是非常有限的。这主要是因为中应变率的拉伸实验难度比较大，比伺服拉伸试验机的应变率大，而比霍普金森拉杆取得的应变率小。在传统的伺服液压试验机或者其它的快速试验机上增加加载速率时会造成应力波信号振荡。而振荡的滤波会降低精度和重要现象的发现。对于材料的中应变率力学性能测试仍然缺乏比较完善的设备，国外的高速拉伸试验机的价格非常昂贵，不便于试验研究的普及推广。在气动和机械加载机构基础上研发的中应变率材料试验方法，主要进行材料的压缩试验。为了得到一个可观的最大应变，所需的应力波脉冲很长，达到1ms到10ms之间，若采用传统的霍普金森杆加载技术，不但子弹长度过长，可能在数米的长度，而且要分离入射波和反射波所需的杆的长度也至少是子弹长度的两倍，这样整个装置的长度就可达十几米和几十米。所以采用传统的霍普金森杆装置进行中应变率加载的试验是不现实的。因此研发适宜于中应变率加载条件下材料动态力学性能研究的试验装置和方法，是十分必要和重要的。

发明内容

本发明目的是为了解决中应变率加载试验存在的问题，提供了一种材料原位动态拉伸加载试验装置。

本发明所述材料原位动态拉伸加载试验装置及方法，包括撞击杆发射单元、拉伸加载单元和应变测量单元；所述拉伸加载装置包括整形器4、导向支承柱5、上压板16、下拉板11、上拉板6、下基板12、测力基座7、试件10和支承座18；

上压板16和下拉板11为相互平行的立板，并通过两条导向支承柱5进行固定连接；

上拉板6和下基板12为相互平行的立板，并通过两条导向支承柱5进行固定连接；

上拉板6和下拉板11相对面各设置一个测力基座7，两个测力基座7用于夹持试件10；

下基板12末端固定在支承座18上；

上压板16首端端面中心位置设置整形器4；

撞击杆发射单元发射的撞击杆3通过整形器4撞击上压板16，并将瞬态拉伸载荷通过导向支承柱5传给下拉板11，使下拉板11产生与撞击杆3同向的运动，进而拉伸试件10，试件10拉伸的力载荷由测力基座7测量，试件拉伸引起的应变由应变测量单元测量，完成材料原位动态拉伸加载试验。