CN113607545A - 基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，包括：加载平台模块，包括：同轴设置的入射杆法兰、入射杆、透射杆、透射杆法兰，入射杆和透射杆之间夹持试样；吸能杆与入射杆法兰之间保持预定距离相对；圆管套设在透射杆的末端并与透射杆法兰相贴合；应力波发生器与入射杆法兰贴合；应力波发生器产生的压缩应力波被入射杆法兰反射后形成拉伸波并传入入射杆，使得入射杆法兰与吸能杆贴合，拉伸波沿入射杆传至试样后形成反射波和透射波；反射波沿入射杆传至入射杆法兰后，吸能杆吸收反射波；透射波沿透射杆传播并被透射杆法兰反射，圆管吸收透射波的反射波。通过本申请能够实现对试样的单次拉伸脉冲单轴单向或单轴双向加载。

Description

基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置

技术领域

本发明涉及材料的动态力学性能测试技术，尤其涉及一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置。

背景技术

目前，在固体力学领域中，测量高应变率下材料的力学性能最广泛采用的是分离式霍普金森杆技术。该方法的基本原理是：将短试样置于两根压杆或拉杆之间，通过加载装置产生应力波脉冲，输入杆中对试样进行加载。同时利用粘贴在压杆或拉杆上距杆端部一定距离的应变片来记录脉冲信号。这一过程中压杆或拉杆往往保持弹性状态，可以保证应力波在杆中以弹性波速无失真地传播。

在使用基于电磁力加载的分离式霍普金森拉杆实验装置对试样进行加载的过程中，电磁斥力产生的入射波传播至试样与入射杆的界面，会产生反射波和透射波，其中反射波会沿着入射杆进行反向传播，而透射波会穿过试样沿着透射杆传播，这一过程中试样会因应力波的加载产生变形。然而反射波到达入射杆法兰端后会二次反射，透射波到达透射杆的自由端也会发生反射，这两个新生成的反射波都会传播回试样再次进行加载，并产生新的反射波和透射波，重复上述过程，使得试样受到多次加载，这样导致试样变形以及内部微观结构与初次加载后的完全不同，这造成研究高应变率下材料力学特性与内部微观结构之间的关系变得困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，以解决现有技术存在的对基于电磁力加载的分离式霍普金森拉杆实验装置无法对试样单次加载的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提出一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，其包括：加载平台模块，其包括：同轴顺序设置的入射杆法兰、入射杆、透射杆、透射杆法兰，其中，所述入射杆和所述透射杆之间夹持有试样；吸能杆，其与所述入射杆法兰之间保持预定距离相对设置；圆管，其套设在所述透射杆的末端并与所述透射杆法兰相贴合；应力波发生器与所述入射杆法兰贴合，所述应力波发生器用于产生压缩应力波；其中，所述压缩应力波被所述入射杆法兰反射后形成拉伸波并传入所述入射杆，使得所述入射杆法兰与所述吸能杆贴合，所述拉伸波沿所述入射杆传至所述试样后形成反射波和透射波；所述反射波沿所述入射杆传至所述入射杆法兰后，与所述入射杆法兰贴合的所述吸能杆吸收所述反射波；所述透射波沿所述透射杆传至所述透射杆法兰后被所述透射杆法兰反射，所述圆管吸收所述透射波的反射波，从而对所述试样进行单次拉伸脉冲加载。

具体实施方案可包括下列各项中的一者或多者。所述吸能杆吸收所述反射波的大部分。所述圆管吸收所述透射波的反射波的大部分。所述吸能杆和所述入射杆之间的所述预定距离为所述试样的变形距离的一半。所述入射杆的长度与所述透射杆的长度相同，所述吸能杆的长度与所述圆管的长度相同，且所述入射杆/透射杆的长度大于所述吸能杆/圆管的长度；所述入射杆的直径、所述透射杆的直径、所述吸能杆的直径相同。

根据本发明实施例的另一个方面，还提出一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，其包括：第一加载平台模块，其包括：同轴连接的第一入射杆法兰和第一入射杆；第一吸能杆，其与所述第一入射杆法兰之间保持第一预定距离相对设置；第一应力波发生器，其与第一入射杆法兰贴合并用于产生第一压缩应力波；第二加载平台模块，其包括：同轴连接的第二入射杆法兰和第二入射杆；第二吸能杆，其与所述第二入射杆法兰之间保持第二预定距离相对设置；第二应力波发生器，其与所述第二入射杆法兰贴合并用于产生第二压缩应力波；其中，所述第一入射杆和所述第二入射杆之间夹持有试样；其中，所述第一压缩应力波被所述第一入射杆法兰反射后形成第一拉伸波并传入所述第一入射杆，使得所述第一入射杆法兰与所述第一吸能杆贴合，所述第一拉伸波沿所述第一入射杆传至所述试样后形成第一反射波，所述第一反射波沿所述第一入射杆传至所述第一入射杆法兰后，与所述第一入射杆法兰贴合的所述第一吸能杆吸收所述第一反射波；所述第二压缩应力波被所述第二入射杆法兰反射后形成第二拉伸波并传入所述第二入射杆，使得所述第二入射杆法兰与所述第二吸能杆贴合，所述第二拉伸波沿所述第二入射杆传至所述试样后形成第二反射波，所述第二反射波沿所述第二入射杆传至所述第二入射杆法兰后，与所述第二入射杆法兰贴合的所述第二吸能杆吸收所述第二反射波，从而对所述试样进行单次拉伸脉冲加载。

具体实施方案可包括下列各项中的一者或多者。所述第一吸能杆吸收所述第一反射波的大部分，所述第二吸能杆吸收所述第二反射波的大部分。所述第一圆管吸收所述第一透射波的反射波的大部分，所述第二圆管吸收所述第二透射波的反射波的大部分。所述第一预定距离与所述第二预定距离相等，且所述第一预定距离或所述第二预定距离为所述试样的变形距离的一半。所述第一入射杆与所述第二入射杆的长度相同，且该长度大于所述第一吸能杆的长度或大于所述第二吸能杆的长度；所述第一吸能杆的直径、所述第一入射杆的直径、所述第二吸能杆的直径、所述第二入射杆的直径相同。

根据本发明的技术方案，通过吸收基于电磁力加载的分离式霍普金森拉杆首次加载后产生的反射波和透射波，能够吸收应力波的基本全部或大部分，使得剩余的应力波不足以对使试样二次塑性变形，实现了对试样的单次拉伸脉冲单轴单向或单轴双向加载。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于电磁力加载的单次脉冲单轴单向分离式霍普金森拉杆实验装置的示意图；

图2是根据本发明另一实施例的基于电磁力加载的单次脉冲单轴单向分离式霍普金森拉杆实验装置的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的基于电磁力加载的单次脉冲单轴双向分离式霍普金森拉杆实验装置的示意图；

图4是根据本发明另一实施例的基于电磁力加载的单次脉冲单轴双向分离式霍普金森拉杆实验装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

根据本发明实施例提供了一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，通过本实施例能够实现对试样高应变率下的单向拉伸的单次加载。

参考图1，所述装置包括：加载平台模块，其至少包括：吸能杆1、入射杆法兰2、应力波发生器3、入射杆4、透射杆5、透射杆法兰6、圆管7和试样8。其中，入射杆法兰2、入射杆4、透射杆5、透射杆法兰6同轴顺序设置，入射杆法兰2与入射杆4连接，吸能杆1与入射杆法兰2之间相对设置且二者之间保持有预定距离，透射杆5与透射杆法兰6连接，圆管7套设在透射杆5的末端并与透射杆法兰6相贴合。在入射杆4和透射杆6之间夹持有试样8。

应力波发生器3与入射杆法兰2贴合，应力波发生器3用于产生压缩应力波，应力波发生器可以是包括主线圈、次级线圈、应力波放大器等部件的加载枪。其中，应力波发生器3产生的压缩应力波被入射杆法兰2反射后形成拉伸波并传入入射杆4，这一过程中入射杆法兰2与吸能杆1贴合。所述拉伸波沿入射杆4传至试样8后形成反射波和透射波，所述反射波沿入射杆4传至入射杆法兰2后，由于入射杆法兰2已与吸能杆1贴合，这样吸能杆1就能够吸收反射波，例如吸收掉反射波的基本全部或大部分，使得剩余的反射波(未被吸能杆1吸收的反射波)被入射杆法兰2反射后继续沿着入射杆传播，不足以使试样8二次塑性变形；所述透射波沿透射杆6传播并被透射杆法兰6所反射，与透射杆法兰6贴合的圆管7吸收该透射波的反射波的绝大部分，剩余的应力波(未被圆管7吸收的反射波)不足以使试样8二次塑性变形。这样，由于二次加载的应力波足够小，并不能对试样8进行重复加载，即实现了对试样8进行单次拉伸脉冲加载。

参考图2，在图1的基础上所述装置还包括有：电容器组模块10、主电路充放电模块11、控制模块12和数据采集器13，具体地：

电容器组模块10由电容器组和放电可控硅构成，其主要作用是储存高压电流，并在需要时对加载枪的主线圈放电。所述电容器组模块10可采用梯度电容器组，用于改变放电加载过程中产生的应力波脉冲宽度，每个档位电容量固定，直接通过控制模块选择，避免实验过程中反复更换电容器的连接方式以改变电容量大小。电容器组通过放电可控硅控制电容器放电，所述电容器组及放电可控硅安装在电容柜中，产生的放电电流输出至加载枪主线圈。

主电路充放电模块11主要由充电电路和放电电路两部分组成，包括变压器、限流电阻、滤波电感、泄流电阻、真空接触器、电流/电压传感器等。主电路充放电模块11的主要作用是对电容器组进行充电和泄流。充电电路中,变压器可将380V电压升压到最大3000V，经过整流对电容器组进行充电，当电容器组电压达到设定电压值后充电电路停止充电。放电电路中，通过延时信号脉冲触发真空接触器导通，电容器组对放电线圈瞬间放电，产生电磁力。所述电路通过设置充电电压值，能够有效控制应力波的幅值。

控制模块12采用数字信号延时脉冲发射器，通过向可控硅开关发送脉冲信号以控制电容器组的充放电。控制模块12主要包括电路板、可控编程器(PLC)、同步变压器、脉冲变压器、电磁继电器和、延时信号发生器等，为电路系统的弱电部分。西门子S7-200SMART系列PLC和西门子SMART1000IE触摸屏作为加载控制模块的核心，用于实现对整个电磁加载工作流程的控制。

数据采集器13用于通过设置在波导杆上的应变片9采集的应变变化计算应变信号。波导杆上的应变片分别可以将两根杆上的应变变化转换成为电阻变化，进而转换为惠斯通半桥两个桥臂的输出电压变化，所述电压变化通过两根常规的屏蔽信号线输入到数据采集器13中。数据采集器13根据惠斯通电桥公式，可以计算出波导杆应变信号。其中，数据采集器采用德国HBM公司制造的GEN3i。

下面详细描述本实施例的基于电磁力加载的单次脉冲单轴单向分离式霍普金森拉杆的实验方法，具体包括：

步骤1，安装设备。

将应力波发生器、入射杆、试样、透射杆、圆管等同轴安装在实验台上。在入射端，要使吸能杆1与入射杆法兰2之间保持预定距离。入射杆法兰2与吸能杆1之间保持的距离ΔL为试样变形量的一半，可以通过下述公式对入射波应变积分计算得到：

ΔL＝∫ε_i(t)dt (1)

其中，ε_i(t)为入射波应变信号。在该距离下吸能杆1才能发挥作用，吸收基本全部或大部分的反射应力波，使二次加载的应力波足够小。

在透射端，要使圆管7与透射杆法兰6贴合。另外，要使入射杆和透射杆在轴线方向能够自由移动。将入射杆法兰与加载枪的放大器端紧贴，根据实验需要设置加载枪内主线圈、次级线圈、应力波放大器。在入射杆和透射杆之间粘接或螺接试样，使得试样轴线与波导杆保持同轴。在两根波导杆1/2长度处，沿着轴线将两片参数完全相同的应变片对称粘贴在波导杆表面，通过引线接至数据采集器的惠斯通电桥中。

其中，入射杆和透射杆均为直径15mm的钛合金杆，长度均为2500mm。法兰(射杆法兰或透射杆法兰)可为圆台型法兰，法兰大体为圆柱体，法兰的外径为22mm、长度为9mm。法兰的一侧具有直径与入射杆大小基本一致的螺纹孔，入射杆与法兰螺接。圆管是外径为22mm、内径为15.3mm、长度为700mm的钛合金圆管。吸能杆也为钛合金杆，直径为15mm，长度为700mm。入射杆和透射杆的端面均开有M10*1的螺孔，试样用螺纹连接于两根波导杆之间。所述试样可采用哑铃状的铝合金试样，长度为6mm，其中标距段直径4mm。

步骤2，设定实验参数。

启动控制模块，通过触摸屏设定实验参数，包括设定脉冲电容器组的电容量、充电电压值。根据实验所需的加载波脉宽、幅值与电容、电压参数的对应关系，选择所需的电容值和电压值。

步骤3，脉冲电容器组充电。

参数设定完毕后，启动控制模块的充电选项，对脉冲电容器组进行充电。达到设定充电电压后，充电过程自动停止，脉冲电容器组的充电电压不再升高。

步骤4，电容器组放电加载。

电容器充电完成后，启动放电开关使电容器组对加载枪的主线圈放电。放电电流流经主线圈时，由于电磁感应，会产生极强的电磁斥力作用于次级线圈，并在放大器中放大，经法兰自由端反射后，最终形成拉伸波脉冲传入入射杆。杆与试样界面处产生的反射波沿入射杆反向传播，透射波沿透射杆传播。当反射波到达入射杆法兰端面时，由于法兰已经与吸能杆贴合，反射波的基本全部或大部分将传入吸能杆并被吸收。当透射波经法兰端面反射后，由于法兰与圆管贴合，这个波的基本全部或大部分会沿着圆管传播并被吸收。整个过程中，入射波、反射波和透射波会被粘贴在波导杆上的应变片采集到。

步骤5，实验数据采集和处理。

波导杆上的应变片分别可以将两根杆上的应变变化转换成为电阻变化，进而转换为惠斯通半桥两个桥臂的输出电压变化，所述电压变化通过两根常规的屏蔽信号线输入到数据采集器中。根据惠斯通电桥公式，可以计算出波导杆应变信号为：

其中，ε为应变信号，U₀为惠斯通电桥的输入电压，K为应变片的灵敏度系数，ΔU为惠斯通半桥桥臂电压的变化值。

在实验加载过程中，加载枪发射压缩应力波，并由入射杆端法兰反射为拉伸应力波，粘贴在入射杆上的应变片将首先采集到一个入射波，该入射波在试样端面发生反射，回传的反射波被相同位置的应变片采集到。另一方面，透射波穿过试样后，沿着透射杆继续传播，并被透射杆上的应变片采集到。

利用一维应力波理论可以解得试样的内部应力为：

其中，σ_s为试样内部应力，E为波导杆的弹性模量，A为波导杆的横截面积，A_s为试样与加载方向对应的横截面积，ε_i为某一波导杆上的入射波信号，ε_r为该波导杆上得到的反射波信号，ε_t为该波导杆上的透射波信号。

对于试样的应变，采用在试样表面粘贴应变片直接测量；或者利用高速摄像机，采用DIC(Digital Image Correlation，数字图像相关)技术,根据物体表面随机分布的散斑场在变形前后的统计相关性来确定物体的变形，并计算出试样的应变场。

通过常规的数据处理即可得到试样的应力-应变曲线：根据公式(3)计算的试样应力与测量所得的试样应变，将试样的应变作为x轴，应力作为y轴画图，即可得到试样的应力应变曲线。

根据本发明实施例还提供了一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，通过本实施例能够实现对试样高应变率下的双向拉伸的单次加载。

参考图3，所述装置主要包括：第一加载平台模块和第二加载平台模块，其中，第一加载平台模块和第二加载平台模块是完全相同的模块，且第一加载平台模块和第二加载平台模块都产生拉伸波。

具体地，第一加载平台模块包括：第一吸能杆21、第一入射杆法兰22、第一应力波发生器23和第一入射杆24，其中第一入射杆法兰22和第一入射杆24同轴连接，第一吸能杆21与第一入射杆法兰22之间相对设置且二者之间保持有预定距离。

第二加载平台模块包括：第二吸能杆31、第二入射杆法兰32、第二应力波发生器33和第二入射杆34，其中第二入射杆法兰32和第二入射杆34同轴连接，第二吸能杆31与第二入射杆法兰32之间相对设置且二者之间保持有预定距离。

第一入射杆24和第二入射杆34之间夹持有试样40。

第一应力波发生器23用于产生第一压缩应力波，第一应力波发生器可以是包括主线圈、次级线圈、应力波放大器等部件的加载枪。其中，当第一应力波发生器23产生第一压缩应力波后，第一压缩应力波被第一入射杆法兰22反射后形成第一拉伸波并传入第一入射杆24，这一过程中第一入射杆法兰22与第一吸能杆21贴合。第一拉伸波沿第一入射杆24向试样40传播，当第一拉伸波传至试样40后形成第一反射波，所述第一反射波沿第一入射杆24向第一入射杆法兰22传播，当第一反射波沿第一入射杆24传至第一入射杆法兰22后，由于第一入射杆法兰22已与第一吸能杆21贴合，这样第一吸能杆21就能够吸收第一反射波，例如吸收掉第一反射波的基本全部或大部分，使得剩余的反射波(未被第一吸能杆21吸收的反射波)被第一入射杆法兰22反射后继续沿着第一入射杆24传播，不足以使试样40二次塑性变形。

第二应力波发生器33用于产生第二压缩应力波，第二应力波发生器可以是包括主线圈、次级线圈、应力波放大器等部件的加载枪。其中，当第二应力波发生器33产生第二压缩应力波后，第二压缩应力波被第二入射杆法兰32反射后形成第二拉伸波并传入第二入射杆34，这一过程中第二入射杆法兰32与第二吸能杆31贴合。第二拉伸波沿第二入射杆34向试样40传播，当第二拉伸波传至试样40后形成第二反射波，所述第二反射波沿第二入射杆34向第二入射杆法兰32传播，当第二反射波沿第二入射杆34传至第二入射杆法兰32后，由于第二入射杆法兰32已与第二吸能杆31贴合，这样第二吸能杆31就能够吸收第二反射波，例如吸收掉第二反射波的基本全部或大部分，使得剩余的反射波(未被第二吸能杆31吸收的反射波)被第二入射杆法兰32反射后继续沿着第二入射杆34传播，不足以使试样40二次塑性变形。

通过上述实施例，两根吸能杆分别吸收掉首次加载的入射波的反射波的基本全部或大部分，不足以使试样40二次塑性变形，即不存在对试样进行二次加载，实现了高应变率下的双向拉伸的单次加载。

参考图4，在图3的基础上所述装置还包括有：电容器组模块50、主电路充放电模块60、控制模块70和数据采集器80，上述模块的具体功能可参考本文之前的描述，此处不再赘述。

下面详细描述本实施例的基于电磁力加载的单次脉冲单轴双向分离式霍普金森拉杆的实验方法，具体包括：

步骤1，安装设备。

将吸能杆、入射杆法兰、应力波发生器、入射杆按照顺序同轴安装在实验台上，并使各波导杆在轴线方向能够自由移动。另外，要使两根入射杆法兰端面与吸能杆端面保持特定的距离。法兰与吸能杆保持的距离ΔL约为试样预期变形量的一半，可以通过下述公式对入射波应变积分估算得到：

ΔL＝∫ε_i(t)dt (4)

其中，ε_i(t)为入射波应变信号。该距离下吸能杆才能发挥作用，使二次加载的应力波足够小。将试样夹持于两根波导杆之间，并使试样轴线与波导杆同轴。应变片5的粘贴方法采用现有技术，即在波导杆1/2长度处，沿着轴线将一对参数完全相同的应变片对称粘贴在波导杆表面，本实施例中采用电阻值为1000欧，灵敏度系数2.0的应变片；在应变片的引脚上焊接应变片引线，并将所述应变片分别通过引线接入到惠斯通半桥的两个相对桥臂中。所述惠斯通半桥中的另外两臂上的固定电阻均为1000欧。惠斯通半桥的供电电压为30伏直流电压。将惠斯通半桥的两个对角电压通过两根常规的单芯屏蔽信号线输入给数据采集器。

步骤2，实验参数设定。

启动控制模块，通过触摸屏设定实验参数。根据实验使用加载脉冲宽度，选择加载电路中电容器组的电容量；根据实验使用加载波的幅值，输入所需的充电电压值，且在脉冲电容器的额定电压内。

步骤3，脉冲电容器组充电。

参数设定完毕后，启动控制模块的充电选项，主电路充放电模块工作，对脉冲电容器组进行充电。达到设定充电电压后自动停止充电，脉冲电容器组的充电电压不再升高。

步骤4，电容器组放电加载。

电容器充电完成后，启动放电开关使电容器组对两端加载枪的主线圈放电。放电电流流经主线圈时，由于电磁感应，会产生极强的电磁斥力作用于次级线圈，并在放大器中放大，经法兰自由端反射后，最终形成拉伸波脉冲传入入射杆，对试样进行拉伸加载，并在杆与试样接触面产生两个反射波分别沿两根入射杆反向传播，这两个反射波通常为压缩波。当反射波到达入射杆法兰端时，由于法兰已经与吸能杆贴合，所以反射波将传入吸能杆并被吸收。整个过程中，入射波和反射波会被粘贴在入射杆上的应变片采集到，所述反射波的形状和幅值是由试样材料性质决定的。需要说明的是，对于单轴双向加载而言，反射波的本质是一侧的反射波与另一侧的透射波的叠加，因此在上文描述中就不再提及透射波。

步骤5，实验数据采集和处理。

波导杆上的应变片分别可以将两根杆上的应变变化转换成为电阻变化，进而转换为惠斯通半桥两个桥臂的输出电压变化，所述电压变化通过两根常规的屏蔽信号线输入到数据采集器中。根据惠斯通电桥公式，可以推算出波导杆应变信号为：

其中，ε为应变信号，U₀为惠斯通电桥的输入电压，K为应变片的灵敏度系数，ΔU为惠斯通半桥桥臂电压的变化值。在实验加载过程中，两端加载枪发射压缩应力波，并由入射杆端法兰反射为拉伸应力波，粘贴在两根入射杆上的应变片将首先采集到入射波ε_i1和ε_i2，入射波到达试样后，产生反射波ε_r1和ε_r2沿入射杆反向传播并被相同位置的应变片采集到。利用一维应力波理论可以解得试样的内部应力为：

其中，σ_s为试样内部应力，E为波导杆的弹性模量，A为波导杆的横截面积，A_s为试样与加载方向对应的横截面积，ε_i1为一根入射杆上的入射波信号，ε_r1为该入射杆上得到的反射波信号；ε_i2为另一根入射杆上的入射波信号，ε_r2为该入射杆上得到的反射波信号。

对于试样的应变，采用在试样表面粘贴应变片直接测量；或者利用高速摄像机，采用DIC(Digital Image Correlation，数字图像相关)技术，根据物体表面随机分布的散斑场在变形前后的统计相关性来确定物体的变形，并计算出试样的应变场。

通过常规的数据处理即可得到试样的应力-应变曲线：根据公式(6)计算的试样应力与测量所得的试样应变，将试样的应变作为x轴，应力作为y轴画图，即可得到试样的应力应变曲线。

本发明采用电磁加载技术，合理设计入射杆法兰、吸能杆对反射波进行处理，并采用应力波发生器，设计出基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，和基于电磁力加载的单次脉冲单轴双向分离式霍普金森拉杆实验装置，实现了对试样在高应变率下的单次拉伸脉冲加载。实验装置操作简单，可控性强，通过实验参数的选择，即可在不同加载方向上得到预设的脉冲幅值和宽度的应力波。本申请有助于研究高应变率下材料力学特性与内部微观结构之间关系等相关研究的推进。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，其特征在于，包括：

加载平台模块，其包括：

同轴顺序设置的入射杆法兰、入射杆、透射杆、透射杆法兰，其中，所述入射杆和所述透射杆之间夹持有试样；

吸能杆，其与所述入射杆法兰之间保持预定距离相对设置；

圆管，其套设在所述透射杆的末端并与所述透射杆法兰相贴合；

应力波发生器，其与所述入射杆法兰贴合并产生压缩应力波；

其中，所述压缩应力波被所述入射杆法兰反射后形成拉伸波并传入所述入射杆，使得所述入射杆法兰与所述吸能杆贴合，所述拉伸波沿所述入射杆传至所述试样后形成反射波和透射波；所述反射波沿所述入射杆传至所述入射杆法兰后，与所述入射杆法兰贴合的所述吸能杆吸收所述反射波；所述透射波沿所述透射杆传至所述透射杆法兰后被所述透射杆法兰反射，所述圆管吸收所述透射波的反射波，从而对所述试样进行单次拉伸脉冲加载。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸能杆吸收所述反射波的大部分。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆管吸收所述透射波的反射波的大部分。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸能杆和所述入射杆之间的所述预定距离为所述试样的变形距离的一半。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述入射杆的长度与所述透射杆的长度相同，所述吸能杆的长度与所述圆管的长度相同，且所述入射杆/透射杆的长度大于所述吸能杆/圆管的长度；

所述入射杆的直径、所述透射杆的直径、所述吸能杆的直径相同。

6.一种基于电磁力加载的单次脉冲分离式霍普金森拉杆实验装置，其特征在于，包括：

第一加载平台模块，其包括：

同轴连接的第一入射杆法兰和第一入射杆；

第一吸能杆，其与所述第一入射杆法兰之间保持第一预定距离相对设置；

第一应力波发生器，其与第一入射杆法兰贴合并产生第一压缩应力波；

第二加载平台模块，其包括：

同轴连接的第二入射杆法兰和第二入射杆；

第二吸能杆，其与所述第二入射杆法兰之间保持第二预定距离相对设置；

第二应力波发生器，其与所述第二入射杆法兰贴合并产生第二压缩应力波；

其中，所述第一入射杆和所述第二入射杆之间夹持有试样；

其中，所述第一压缩应力波被所述第一入射杆法兰反射后形成第一拉伸波并传入所述第一入射杆，使得所述第一入射杆法兰与所述第一吸能杆贴合，所述第一拉伸波沿所述第一入射杆传至所述试样后形成第一反射波，所述第一反射波沿所述第一入射杆传至所述第一入射杆法兰后，与所述第一入射杆法兰贴合的所述第一吸能杆吸收所述第一反射波；所述第二压缩应力波被所述第二入射杆法兰反射后形成第二拉伸波并传入所述第二入射杆，使得所述第二入射杆法兰与所述第二吸能杆贴合，所述第二拉伸波沿所述第二入射杆传至所述试样后形成第二反射波，所述第二反射波沿所述第二入射杆传至所述第二入射杆法兰后，与所述第二入射杆法兰贴合的所述第二吸能杆吸收所述第二反射波，从而对所述试样进行单次拉伸脉冲加载。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一吸能杆吸收所述第一反射波的大部分，所述第二吸能杆吸收所述第二反射波的大部分。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一圆管吸收所述第一透射波的反射波的大部分，所述第二圆管吸收所述第二透射波的反射波的大部分。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一预定距离与所述第二预定距离相等，且所述第一预定距离或所述第二预定距离为所述试样的变形距离的一半。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一入射杆与所述第二入射杆的长度相同，且该长度大于所述第一吸能杆的长度或大于所述第二吸能杆的长度；

所述第一吸能杆的直径、所述第一入射杆的直径、所述第二吸能杆的直径、所述第二入射杆的直径相同。

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