CN110296898A - 一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法，该装置主要由发射系统、试验系统、轴压系统及加热炉等组成。发射系统由子弹、发射腔、放气阀及进气阀等构成，试验系统由入射和透射拉杆、吸收杆、粘结/夹持型拉伸夹具构成，轴压系统由挡板、连杆、作动器及液压油泵组成，加热炉由绝热框、发热器、温度传感器及温控系统等组成。利用本发明装置及方法，可开展岩石、混凝土等材料在不同压缩静应力或温度作用下应变率为101～103s‑1的动态拉伸力学与破坏特征测试，填补了现有霍普金森拉杆装置无法开展动静组合加载或温压耦合条件下的岩石、混凝土等材料动态直接拉伸测试试验研究的空白。
Description
技术领域
本发明属于材料动态力学性能测试领域，尤其涉及用于测量高温环境中，动静组合(静态预应力压缩载荷和动态拉伸荷载)加载下岩石、混凝土等材料动态拉伸性能和破坏特征的试验测试装置及方法。
背景技术
岩石、混凝土等材料的拉伸强度远小于其压缩强度，在爆破、地震等动荷载作用下岩石、混凝土等材料可能先达到抗拉强度而发生拉伸破坏，故研究其动荷载作用下的拉伸性能相较于压缩性能显得更为重要。针对材料动态力学性能与破坏测试，霍普金森杆装置是最为常用的动荷载加载装置之一，其中分离式霍普金森拉杆通常用于测量动态拉伸荷载作用下材料的动态响应。已有霍普金森拉杆系统可实现动态拉伸荷载的加载，而未涉及高温环境中动态冲击荷载与静态预应力压缩荷载组合加载的情况。实际深部岩土工程中，岩石、混凝土等材料常处于动静组合加载(静态地应力压缩荷载作用和爆破、地震等动态扰动荷载的同时作用)的状态，并不是单一的动态拉伸加载，且随着埋深的增加，周围环境温度也会逐渐升高。因此，设计一种可用于高温环境中动静组合加载的分离式霍普金森拉杆，对于研究实际深部岩土工程中材料的动态拉伸力学特性和破坏行为显得尤为关键。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法，本发明通过改进霍普金森拉杆系统，实现温压耦合(静态预应力和实时温度控制加载)状态下试样的动态拉伸加载，可用于测试和研究深部工程中高地应力、高温环境下岩石、混凝土等材料的动态拉伸力学性能和破坏规律特征。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，设置于试验平台上，由发射系统、试验系统、轴压系统和加热炉组成，所述发射系统包括子弹、发射腔、放气阀和进气阀，所述发射系统通过发射腔支座放置于试验平台上；所述试验系统由依次设置的吸收杆、入射拉杆、拉伸夹具和透射拉杆构成，所述拉伸夹具用于固定试样，入射拉杆前端及透射拉杆的末端设置有入射拉杆法兰和透射拉杆法兰，以防止二次加载状况的发生；所述吸收杆通过吸收杆支架放置于试验平台上，所述吸收杆的前端及透射拉杆末端分别放置有入射拉杆端吸能器和透射拉杆端吸能器，用于吸收试验中产生的多余能量并防止反射压缩应力波的产生；
所述轴压系统由入射拉杆端挡板、透射拉杆端挡板、连杆、连杆支架、作动器及液压油泵组成，所述液压油泵通过作动器将轴压施加至试验系统上；所述连杆通过固定于试验平台上的连杆支架连接位于两端的入射拉杆端挡板和透射拉杆端挡板，以确保轴压系统的正常运行；
所述拉伸夹具设置于加热炉内部，加热炉的炉壁设置有用于入射拉杆和透射拉杆穿过的连接孔，所述加热炉由绝热框、发热器、温度传感器及温控系统等组成，通过温控系统设置加热炉所需的实验温度，由发热器对加热炉内进行加热；温度传感器用于监测加热炉内温度并将温度信息反馈给温控系统，绝热框用于隔绝外界环境的影响。
进一步的，所述拉伸夹具包括粘结型拉伸夹具和夹持型拉伸夹具两种结构型式。
进一步的，所述拉伸夹具的两端通过螺纹与入射拉杆和透射拉杆连接固定。
进一步的，所述粘结型拉伸夹具通过抗拉强度为20-30MPa强度树脂胶安装试样，用于常温试验。
进一步的，所述夹持型拉伸夹具适用于高温环境中动静组合加载。
本发明还提供另一种技术方案如下：一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，使用的拉杆夹具为粘结型拉伸夹具，测试方法包括以下步骤：
步骤101：将试样用树脂胶粘结于拉伸夹具之间，等待24小时胶体完全粘结固化之后，再将拉伸夹具通过螺纹连接于入射拉杆及透射拉杆之间；
步骤102：打开液压油泵，将轴压装置调至预定静荷载值；
步骤103：在入射拉杆法兰处对称粘贴波形整形器，之后通过进气阀启动发射腔以试验设定的气压驱动子弹撞击入射拉杆法兰，产生压缩应力波向前传播；待压缩应力波传递至入射拉杆法兰自由端部时，反射成为入射拉伸应力波并沿着入射拉杆朝远离入射拉杆法兰的方向传播，入射拉伸应力波沿着入射拉杆传播并作用在试样上对试样进行动态拉伸加载；入射拉伸应力波传递至入射拉杆和试样端面时，由于入射拉杆和试样波阻抗不一致，部分入射拉伸应力波反射成为反射压缩应力波进入入射拉杆并沿着入射拉杆朝远离试样方向传播，剩余部分入射拉伸应力波则穿过试样传递进入透射拉杆成为透射拉伸应力波，并沿着透射拉杆继续朝远离试样方向传播；
步骤104：测试过程中，通过粘贴在入射拉杆及透射拉杆中心位置表面上的电阻式应变片，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号；
步骤105：基于测试过程中采集的应力波信号，计算测试试样的动态拉伸强度、拉伸应变以及拉伸测试应变率。
本发明还提供另一种技术方案如下：一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，使用的拉杆夹具为夹持型拉伸夹具，测试方法包括以下步骤：
步骤201：将夹持型拉伸夹具通过螺纹连接于入射拉杆及透射拉杆之间，调整夹持型拉伸夹具间距并再将试样缓慢推入夹持型拉伸夹具之中；
步骤202：打开液压油泵，将轴压装置调至预定静荷载值；
步骤203：打开加热炉，通过温控系统将温度以设定速率升高至预设温度后，使温度保持恒定；
步骤204：在入射拉杆法兰处对称粘贴波形整形器，之后通过进气阀启动发射腔以试验设定的气压驱动子弹撞击入射拉杆法兰，产生压缩应力波向前传播，待压缩应力波传递至入射拉杆法兰自由端部时，反射成为入射拉伸应力波并沿着入射拉杆朝远离入射拉杆法兰的方向传播，入射拉伸应力波沿着入射拉杆传播并作用在试样上对试样进行动态拉伸加载；入射拉伸应力波传递至入射拉杆和试样端面时，由于入射拉杆和试样波阻抗不一致，部分入射拉伸应力波反射成为反射压缩应力波进入入射拉杆并沿着入射拉杆朝远离试样方向传播，剩余部分入射拉伸应力波则穿过试样传递进入透射拉杆成为透射拉伸应力波，并沿着透射拉杆继续朝远离试样方向传播；
步骤205：测试过程中，通过粘贴在入射拉杆及透射拉杆中心位置表面上的电阻式应变片，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号；
步骤206：基于测试过程采集的应力波信号，计算测试试样的动态拉伸强度、拉伸应变以及拉伸测试应变率。
进一步的，所述波形整形器为橡胶或紫铜圆片，所述圆片的直径为4～6mm，厚度为0.5～1.5mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.通过设置轴压系统，使得本发明装置可为动态拉伸测试试样施加静态压缩预应力荷载，模拟地下岩体自重压缩应力荷载，使岩石材料动态拉伸强度和破坏特征研究测试更加接近深部岩体真实赋存环境条件，进而使测试结果更加可靠，解决了现有装置动态拉伸测试过程无法施加静态预应力压缩荷载的技术难题。
2.通过设置温度加载系统，可为岩石和混凝土试样实时施加温度荷载，模拟深部岩体温度荷载或混凝土结构所受温度荷载，使岩石材料或混凝土结构动态拉伸强度和破坏规律测试更加接近深部岩体或混凝土结构所处真实环境，进而确保测试结果更加精准可靠，弥补了现有装置只能开展经高温处理并冷却后试样动态拉伸测试的缺陷。
附图说明
图1是拉杆夹具为夹持型拉伸夹具的霍普金森拉杆装置结构示意图；
图2是拉杆夹具为夹持型拉伸夹具的霍普金森拉杆装置结构示意图；
图3a是粘结型拉伸夹具的结构示意图；
图3b是粘结型拉伸夹具与测试试样安装后的三维结构示意图；
图4a是夹持型拉伸夹具的二维结构示意图；
图4b是夹持型拉伸夹具的三维结构示意图；
图4c是夹持型拉伸夹具与测试试样安装后的三维结构示意图；
图5是夹持型拉伸夹具与加热系统的结构示意图。
附图标记：1-入射拉杆端吸能器，2-吸收杆支架，3-吸收杆，4-入射拉杆端挡板，5-入射拉杆法兰，6-子弹，7-发射腔支座，8-连杆，9-发射腔，10-放气阀，11-进气阀，12-入射拉杆，13-粘结型拉伸夹具，14-试样，15-连杆支架，16-透射拉杆，17-透射拉杆端吸能器，18-透射拉杆法兰，19-作动器，20-透射拉杆端挡板，21-液压油泵，22-加热炉，23-夹持型拉伸夹具，24-螺纹，25-绝热框，26-发热器，27-温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种用于测量岩石、混凝土等材料高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法，该装置可实现在预加静荷载(轴向压力)的基础上，测量动态拉伸荷载作用下岩石、混凝土等材料在高温环境中的动态响应，使得岩石、混凝土等材料受力状态更符合实际深部岩土材料的真实受力状态。
如图1和图2所示，该霍普金森拉杆装置主要由发射系统、试验系统、轴压系统和加热炉等组成。发射系统由子弹6、发射腔9、放气阀10及进气阀11构成，整个发射系统通过发射腔支座7放置于试验平台上。试验系统由入射拉杆12、透射拉杆16、吸收杆3、试样14、粘结型拉伸夹具13、夹持型拉伸夹具23及螺纹24构成，入射拉杆12前端及透射拉杆16末端设置有入射拉杆法兰5和透射拉杆法兰18，目的是为了防止二次加载状况的发生；吸收杆3通过吸收杆支架2放置于试验平台上，在吸收杆3前端及透射拉杆16末端放置有入射拉杆杆端吸能器1和透射拉杆端吸能器17，是用于吸收试验中产生的多余能量并防止反射压缩应力波的产生及影响；试样14可固定于粘结型拉伸夹具13或夹持型拉伸夹具23上，并通过螺纹24连接到试验系统中。轴压系统是由入射拉杆端挡板4、透射拉杆端挡板20、连杆8、连杆支架15、作动器19及液压油泵21组成，液压油泵21通过作动器19将轴压施加到试验系统上；连杆8通过连杆支架15固定于试验平台上，用于连接两端的入射拉杆端挡板4及透射拉杆端挡板20，从而保证轴压系统的正常运行。加热炉22是由绝热框25、发热器26、温度传感器27及温控系统等组成(见图5)，通过温控系统设置加热炉22所需的实验温度，由发热器26对加热炉22内进行加热；温度传感器27则用于监测加热炉22内温度并将相关温度信息反馈给温控系统，而绝热框25是用于隔绝外界环境的影响。
该拉杆装置提供了两种形式的拉伸夹具：粘结型夹具为常见拉伸夹具形式，其试样制备及安装简单，但因其安装试样所用的高强度树脂胶(抗拉强度为20-30MPa)不耐高温，故不能用于高温试验，粘结型夹具对应的测试试样形状为圆柱体；夹持型夹具适用于高温环境中动静组合加载，但其测试试样形状为狗骨头状，试样加工要求相对较高。具体实施过程中，应根据实际实验的需求，选择合适形式的拉伸夹具。该装置的工作原理为一维应力波波传播理论，动态拉伸过程，测试试样的动态拉伸强度和拉伸应变以及拉伸测试应变率按照下述公式计算：
P1＝AE(εi+εr) (1)
P2＝AE(εt) (2)
式中：A、A0分别为弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)及试样的横截面面积，E为弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)的弹模，C为波在弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)中的传播速度，L为入射拉杆的长度，εi、εr分别为粘贴在入射拉杆上的应变片所监测的入射拉伸应力波及反射压缩应力波信号，εt为粘贴在透射拉杆上的应变片所监测的透射拉伸应力波信号，P1、P2为试样两端面处的载荷，σ(t)、ε(t)及分别为随时间变化的试样的动态拉伸强度、应变和应变率。
实施例1：高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，使用的拉杆夹具为粘结型拉伸夹具，该测试方法包括以下步骤：
步骤一：准备如附图3a所示粘结型拉伸夹具，夹具外径为50mm，内径为35mm，凹槽深为3mm。制备直径34.5mm，长度50mm的花岗岩圆柱试样，试样直径最大误差不超过0.1mm，两段不平行度不超过0.02mm，端面垂直于试样轴线且最大偏差不超过0.25°；
步骤二：将打磨好的花岗岩圆柱试样14用高强度树脂胶(抗拉强度为20-30MPa)粘结于粘结型拉伸夹具13之间，见图3b，等待24小时胶体完全粘结之后，再将粘结型拉伸夹具13通过螺纹24连接于入射拉杆12及透射拉杆16之间。拉杆直径为35mm，长度分别为3000mm及2500mm的6061铝质入射拉杆12及透射拉杆16通过支座固定于试验平台上；
步骤三：根据所需应力波的波长，在入射拉杆12及透射拉杆16的中心表面位置处分别对称粘贴一组应变片(ZF1000-1.5AA-A(11)-X)，应变片通过屏蔽导线、桥盒与超动态应变仪和示波器连接，用于实时监测和存储入射拉杆12上的入射拉伸应力波、反射压缩应力波信号及透射拉杆16上的透射拉伸应力波信号；
步骤四：打开轴压系统的液压油泵21，将轴压装置调至所需预定静荷载值(该数值可根据实测地应力数值进行赋值也可设为试样静态单轴压缩强度的某一百分数值，例如3MPa)，通过作动器19将预定静荷载(3MPa)施加于试验系统上；
步骤五：在入射拉杆法兰5处对称粘贴波形整形器(直径为5mm，厚度为1mm的紫铜片)，之后通过进气阀11释放压缩气体驱动内径为35.5mm，外径为49.9mm，长度为100mm的6061铝质子弹6撞击入射拉杆法兰5，产生所需的拉伸动荷载作用于试样14上，多余的荷载则由直径35mm，长度500mm的吸收杆吸收，同时可用于防止反射压缩应力波的产生；待试样14破坏之后，打开放气阀10释放残余气压，通过粘贴在入射拉杆12及透射拉杆16上的应变片(ZF1000-1.5AA-A(11)-X)，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号，同时取出破坏试样进行下一步分析；
步骤六：基于测试过程监测的应力波信号，根据所述公式(3)-(5)可计算试样14在预定静荷载值下(3MPa)的动态拉伸强度和拉伸应变以及拉伸测试应变率。
式中：A、A0分别为弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)和试样的横截面面积(弹性杆横截面面积963mm2，试样横截面面积934.8mm2)，E为弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)的弹模(71GPa)，C为波在弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)中的传播速度，L为入射拉杆的长度，εi、εr为粘贴在入射拉杆上的应变片所监测的入射拉伸应力波及反射压缩应力波信号，εt为粘贴在透射拉杆上的应变片所监测的透射拉伸应力波信号，P1、P2为试样两端面处的载荷，σ(t)、ε(t)及分别为随时间变化的试样的动态拉伸强度、应变和应变率。
实施例2：高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，使用的拉杆夹具为夹持型拉伸夹具，该测试方法包括以下步骤：
步骤一：准备如附图4a和4b所示夹持型拉伸夹具，夹具厚度为30mm，外宽为108mm，内宽为18mm，凹槽矩形部分长为10mm，凹槽矩形部分宽为58mm。制备厚度30mm，外宽57.5mm，内宽17.5mm的狗骨头型花岗岩试样，试样两段不平行度不超过0.02mm，端面垂直于试样轴线且最大偏差不超过0.25°；
步骤二：将夹持型拉伸夹具23通过螺纹24连接于入射拉杆12及透射拉杆16之间，见图4c，调整夹具间距至合理位置，再将打磨好的拉伸试样14(狗骨头型花岗岩试样)缓慢推入夹具之中(垂直于加载方向)。杆径为35mm，长度分别为3000mm及2500mm的6061铝质入射拉杆12及透射拉杆16通过支座固定于试验平台上；
步骤三：根据所需应力波的波长，在入射拉杆12及透射拉杆16的合适位置分别粘贴一组应变片(ZF1000-1.5AA-A(11)-X)，通过屏蔽导线、桥盒与超动态应变仪和示波器连接，用于实时监测和存储入射拉杆12上的入射拉伸应力波、反射压缩应力波信号及透射拉杆16上的透射拉伸应力波信号。
步骤四：打开轴压系统的液压油泵21，将轴压装置调至所需预定静荷载值(该数值可根据实测地应力数值进行赋值也可设为试样静态单轴压缩强度的某一百分数值，例如2MPa)，通过作动器19将预定静荷载(2MPa)施加于试验系统上；
步骤五：打开加热炉22，通过温控系统将温度调节至所需温度(本发明加热系统温度可调范围为室温至600摄氏度，考虑6061铝的熔点为660摄氏度，选择400摄氏度作为实例)，待加热炉22内温度稳定之后，便可进行下一步实验；
步骤六：在入射拉杆法兰5处对称粘贴波形整形器(直径为5mm，厚度为1mm的紫铜片)，之后通过进气阀11放压缩气体驱动内径为35.5mm，外径为49.9mm，长度为100mm的6061铝质子弹6撞击入射拉杆法兰5，产生所需的拉伸动荷载作用于试样14上，多余的荷载则由杆径35mm，长度500mm的吸收杆吸收，同时可用于防止反射压缩应力波的产生；待试样14破坏之后，打开放气阀10释放残余气压，通过粘贴在入射拉杆12及透射拉杆16上的应变片(ZF1000-1.5AA-A(11)-X)，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号，同时将加热炉22内温度降至室温并取出破坏试样进行下一步分析；
步骤七：基于测试过程监测的应力波信号，根据所述公式(3)-(5)可计算试样14在预定静荷载值(2MPa)、预定加热温度(400摄氏度)的动态拉伸强度和拉伸应变以及拉伸测试应变率。
式中：A、A0分别为弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)及试样的横截面面积(弹性杆横截面面积963mm2，试样横截面面积525mm2)，E为弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)的弹模(71GPa)，C为波在弹性杆(入射拉杆及透射拉杆)中的传播速度，L为入射拉杆的长度，εi、εr为粘贴在入射拉杆上的应变片所监测的入射拉伸应力波及反射压缩应力波信号，εt为粘贴在透射拉杆上的应变片所监测的透射拉伸应力波信号，P1、P2为试样两端面处的载荷，σ(t)、ε(t)及ε(t)分别为随时间变化的试样的动态拉伸强度、应变和应变率。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，设置于试验平台上，其特征在于，由发射系统、试验系统、轴压系统和加热炉(22)组成，所述发射系统包括子弹(6)、发射腔(9)、放气阀(10)和进气阀(11)，所述发射系统通过发射腔支座(7)放置于试验平台上；所述试验系统由依次设置的吸收杆(3)、入射拉杆(12)、拉伸夹具和透射拉杆(16)构成，所述拉伸夹具用于固定试样(14)，入射拉杆(12)前端及透射拉杆(16)的末端设置有入射拉杆法兰(5)和透射拉杆法兰(18)，以防止二次加载状况的发生；所述吸收杆(3)通过吸收杆支架(2)放置于试验平台上，所述吸收杆(3)的前端及透射拉杆(16)末端分别放置有入射拉杆端吸能器(1)和透射拉杆端吸能器(17)，用于吸收试验中产生的多余能量并防止反射压缩应力波的产生；
所述轴压系统由入射拉杆端挡板(4)、透射拉杆端挡板(20)、连杆(8)、连杆支架(15)、作动器(19)及液压油泵(21)组成，所述液压油泵(21)通过作动器(19)将轴压施加至试验系统上；所述连杆(8)通过固定于试验平台上的连杆支架(15)连接位于两端的入射拉杆端挡板(4)和透射拉杆端挡板(20)，以确保轴压系统的正常运行；
所述拉伸夹具设置于加热炉(22)内部，加热炉(22)的炉壁设置有用于入射拉杆(12)和透射拉杆(16)穿过的连接孔，所述加热炉(22)由绝热框(25)、发热器(26)、温度传感器(27)及温控系统等组成，通过温控系统设置加热炉(22)所需的实验温度，由发热器(26)对加热炉(22)内进行加热；温度传感器(27)用于监测加热炉(22)内温度并将温度信息反馈给温控系统，绝热框(25)用于隔绝外界环境的影响。
2.根据权利要求1所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述拉伸夹具包括粘结型拉伸夹具(13)和夹持型拉伸夹具(23)两种结构型式。
3.根据权利要求1或2所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述拉伸夹具的两端通过螺纹(24)与入射拉杆(12)和透射拉杆(16)连接固定。
4.根据权利要求2所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述粘结型拉伸夹具(13)通过抗拉强度为20-30MPa的强度树脂胶安装试样，用于常温试验。
5.根据权利要求2所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述夹持型拉伸夹具(23)适用于高温环境中动静组合加载。
6.一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，基于权利要求1所述霍普金森拉杆装置，其特征在于，使用的拉杆夹具为粘结型拉伸夹具，测试方法包括以下步骤：
步骤101：将试样用树脂胶粘结于拉伸夹具之间，等待24小时胶体完全粘结固化之后，再将拉伸夹具通过螺纹连接于入射拉杆及透射拉杆之间；
步骤102：打开液压油泵，将轴压装置调至预定静荷载值；
步骤103：在入射拉杆法兰处对称粘贴波形整形器，之后通过进气阀启动发射腔以试验设定的气压驱动子弹撞击入射拉杆法兰，产生压缩应力波向前传播；待压缩应力波传递至入射拉杆法兰自由端部时，反射成为入射拉伸应力波并沿着入射拉杆朝远离入射拉杆法兰的方向传播，入射拉伸应力波沿着入射拉杆传播并作用在试样上对试样进行动态拉伸加载；入射拉伸应力波传递至入射拉杆和试样端面时，由于入射拉杆和试样波阻抗不一致，部分入射拉伸应力波反射成为反射压缩应力波进入入射拉杆并沿着入射拉杆朝远离试样方向传播，剩余部分入射拉伸应力波则穿过试样传递进入透射拉杆成为透射拉伸应力波，并沿着透射拉杆继续朝远离试样方向传播；
步骤104：测试过程中，通过粘贴在入射拉杆及透射拉杆中心位置表面上的电阻式应变片，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号；
步骤105：基于测试过程中采集的应力波信号，计算测试试样的动态拉伸强度、拉伸应变以及拉伸测试应变率。
7.一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，基于权利要求1所述霍普金森拉杆装置，其特征在于，使用的拉杆夹具为夹持型拉伸夹具，测试方法包括以下步骤：
步骤201：将夹持型拉伸夹具通过螺纹连接于入射拉杆及透射拉杆之间，调整夹持型拉伸夹具间距并再将试样缓慢推入夹持型拉伸夹具之中；
步骤202：打开液压油泵，将轴压装置调至预定静荷载值；
步骤203：打开加热炉，通过温控系统将温度以设定速率升高至预设温度后，使温度保持恒定；
步骤204：在入射拉杆法兰处对称粘贴波形整形器，之后通过进气阀启动发射腔以试验设定的气压驱动子弹撞击入射拉杆法兰，产生压缩应力波向前传播，待压缩应力波传递至入射拉杆法兰自由端部时，反射成为入射拉伸应力波并沿着入射拉杆朝远离入射拉杆法兰的方向传播，入射拉伸应力波沿着入射拉杆传播并作用在试样上对试样进行动态拉伸加载；入射拉伸应力波传递至入射拉杆和试样端面时，由于入射拉杆和试样波阻抗不一致，部分入射拉伸应力波反射成为反射压缩应力波进入入射拉杆并沿着入射拉杆朝远离试样方向传播，剩余部分入射拉伸应力波则穿过试样传递进入透射拉杆成为透射拉伸应力波，并沿着透射拉杆继续朝远离试样方向传播；
步骤205：测试过程中，通过粘贴在入射拉杆及透射拉杆中心位置表面上的电阻式应变片，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号；
步骤206：基于测试过程采集的应力波信号，计算测试试样的动态拉伸强度、拉伸应变以及拉伸测试应变率。
8.根据权利要求6或7所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，其特征在于，所述波形整形器为橡胶或紫铜圆片，所述圆片的直径为4～6mm，厚度为0.5～1.5mm。
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| CN110296898B (zh) | 2024-09-13 |
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