[发明专利]一种电磁-热-力-多场耦合同步动态加载方法

说明书

本发明公开了一种电磁‑热‑力‑多场耦合同步动态加载方法，利用脉冲功率电源对测试对象施加极大脉冲电流，实现极端电、磁场条件的加载；同时利用旋转体高速旋转与测试对象摩擦，产生大量摩擦热，结合大量焦耳热、电弧热，实现极端温度场的加载；并同步利用施压装置对旋转体施加压力，结合旋转体的重力及与测试对象之间的摩擦力实现极端力的加载；通过实时测量脉冲电流、脉冲电压、被测试对象的温度、压力、电磁场信号，对脉冲电流、旋转体的旋转速度、压力等参数进行调控，实现电‑磁‑热‑力多场耦合条件同步加载。

技术领域

本发明涉及多载荷同步加载技术领域，具体涉及一种电磁-热-力-多场耦合同步动态加载方法。

背景技术

在极端电磁能、材料科学、高端装备研究及应用领域，涉及到极大脉冲电流(数十千安培及其以上)、电流密度10⁸A/m²及以上、温升速率10⁴K/s及以上、应变速率10⁴s^-1及以上等条件的同步出现。处于该电-磁-热-力的极端条件下，材料面临严峻考验，且材料在此环境下的损伤现象及机理不明。现有的电-磁-热-力的加载方法，仅能实现电-磁-热-力中某些条件(其中几个条件组合、稳态或低参数)的部分同步加载，无法解决电、磁、温度以及应变多场耦合极端条件的同步加载问题，不能满足在国防、工业中极端电磁能、材料科学、高端装备的科研测试需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁-热-力-多场耦合同步动态加载方法，包括以下步骤：

步骤(1)、准备并安装测试载台、旋转体、脉冲功率电源和施压装置，将测试对象固定在测试载台上，脉冲功率电源通过连接导体分别与测试载台、旋转体相连接，旋转体位于测试对象上方，施压装置设置于旋转体上方，向旋转体施加压力；

步骤(2)、打开脉冲功率电源对测试对象施加极大脉冲电流，实现极端电、磁场条件的加载；同时驱动旋转体高速旋转，使其与测试对象摩擦，产生摩擦热，结合焦耳热、电弧热，实现极端温度场的加载；并同步利用施压装置对旋转体施加压力，结合旋转体的重力、电磁力及旋转体与测试对象之间的摩擦力作用实现极端力的加载；

步骤(3)、实时测量脉冲电流、脉冲电压、测试对象的表面温度、应力、电磁场信号，调控脉冲功率电源的输出电流、旋转体的转速以及施压装置的输出压力，实现电磁热力多场耦合极端条件的同步动态加载。

作为上述方案进一步的优选：

所述步骤(2)中通过对脉冲电流和旋转体转速的调控，实现极大电流密度。

作为上述方案进一步的优选：

所述电流密度取决于脉冲电流、接触面积及材料属性，通过电流、接触面积及电流密度之间关系计算电流密度。

作为上述方案进一步的优选：

所述电流密度的计算公式为：其中，I是脉冲电流、S是单一接触点面积、J是电流密度；其中，n是导电斑点个数、ζ是修正系数、H是接触硬度。

作为上述方案进一步的优选：

所述步骤(2)中脉冲电流的焦耳热和电弧热，通过脉冲功率电源输出电流、施压装置输出压力和旋转体转速调控，与摩擦热共同作用，实现极大温升速率。

本发明的有益效果：将难以工程实现的电磁热力耦合条件加载，转换成便于调控的电流、初始压力和转速变量，通过改变压力并实时调控电流和转速，实现电-磁-热-力多场耦合的同步动态加载，具体如下：

(1)、本发明通过对脉冲功率电源输出电流、旋转体转速以及施压装置输出压力几个物理量的综合控制，可以实现电-磁-热-力多场耦合极端条件的同步动态加载，有效的模拟电场、磁场、温度场以及应力场相互耦合的极端测试环境，为在国防、工业中极端电磁能、材料科学、高端装备的科研测试需求提供必要条件；