用于保证分离式双轴霍普金森压杆实验的入射波等效加载方法

摘要

本发明公开了一种用于保证分离式双轴霍普金森压杆实验的入射波等效加载方法，用于解决现有的方法不能实现双轴霍普金森压杆实验入射波等效加载的技术问题。技术方案是测量出两套设备产生的入射波幅值大小关系，根据入射波幅值大小关系增加入射波幅值较小的基于电磁力的入射波发生器的次级线圈厚度，对因加工误差引起的横向、纵向入射波中的较小幅值入射波进行幅值补偿，保证了横向、纵向入射波幅值相等。通过次级线圈厚度补偿以及横向、纵向放电线圈串联在由同一放电可控硅控制的同一组放电电容上，横向、纵向加载入射波幅值相等、脉冲宽度相同、触发时间一致，保证了分离式双轴霍普金森压杆实验的入射波等效加载。

主权项

一种用于保证分离式双轴霍普金森压杆实验的入射波等效加载方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用不同厚度次级线圈进行入射波幅值补偿，保证横向、纵向入射波幅值相同；假设两套基于电磁力的横向、纵向入射波发生器性能相同，将横向、纵向入射波发生器串联，对其产生的横向、纵向入射波幅值进行测量，得到两个不同的入射波峰值；保持较大峰值入射波的入射波发生器的次级线圈厚度不变，增加较小峰值的入射波发生器的次级线圈厚度，其增加后的厚度满足：$\frac{H}{h}=\frac{2P_H-P_L}{P_H}---\left(1\right)$式中，H为峰值较小的入射波发生器的次级线圈厚度增加之后的厚度，h为峰值较大的入射波发生器的次级线圈的厚度，P_H为两入射波峰值中较大值，P_L为两入射波峰值中较小值；步骤二、将变压器(1)接入380V交流电电源，充电可控硅(2)与变压器(1)的输出端接通；充电可控硅(2)、限流电阻(3)、滤波电感(4)、电容组(12)和整流二极管(13)串联为一个整体回路，电压表V并入电路当中；步骤三、将纵向放电线圈(8)通过螺栓连接固定到纵向基座(14)上，纵向次级线圈(25)和纵向应力波放大器(9)螺栓连接组成纵向驱动头，纵向驱动头放入纵向放电线圈(8)和纵向基座(14)内组成纵向入射波发生器；将应变片(21)粘贴到纵向入射杆(18)和纵向透射杆(19)表面，纵向入射杆(18)与纵向驱动头通过螺纹连接，端面相互接触，纵向透射杆(19)同轴安装在纵向入射杆(18)的自由端方向，纵向透射杆(19)和纵向入射杆(18)之间留有放置试样(20)的空间；在纵向透射杆(19)的末端安装纵向缓冲器(22)；步骤四、将横向放电线圈(6)通过螺栓连接固定到横向基座(15)上，横向次级线圈(26)和横向应力波放大器(7)通过螺栓连接组成横向驱动头，横向驱动头放入横向放电线圈(6)和横向基座(15)中；将应变片(21)粘贴到横向入射杆(16)和横向透射杆(17)表面，横向入射杆(16)与横向驱动头通过螺纹连接，端面相互接触，横向透射杆(17)同轴安装在横向入射杆(16)的自由端方向，横向透射杆(17)和横向入射杆(16)之间留有放置试样(20)的空间；在横向透射杆(17)的末端安装横向缓冲器(23)；步骤五、将应变片(21)接入动态应变仪(24)中，将试样(20)放入到横向入射杆(16)和横向透射杆(17)、纵向入射杆(18)和纵向透射杆(19)中间，使试样(20)横向、纵向上的四个端面分别与横向、纵向的入射杆(16、18)和横向、纵向透射杆(17、19)端面接触；步骤六、横向放电线圈(6)和纵向放电线圈(8)采用带中心通孔的饼状线圈，横向放电线圈(6)和纵向放电线圈(8)串联连接后并联在电容组(12)上，同时通过放电可控硅(5)控制放电；放电电阻(11)为横向放电线圈(6)和纵向放电线圈(8)的等效电阻，等效串联在电容组(12)和纵向放电线圈(8)之间；为了防止电容组(12)在放电过程中反向充电，续流二极管(10)并联在电容组(12)上，为放电电流提供续流功能；步骤七、在电磁铆枪控制系统的基础上，触发充电可控硅(2)，380V交流电通过变压器(1)升压后，充电可控硅(2)和整流二极管(13)构成晶闸管整流模块对交流电整流，整流电流流入电容组(12)实现充电；在充电过程中限流电阻(3)和滤波电感(4)对电容组(12)提供保护作用；步骤八、充电完成后电压表V测量电容组(12)电压，利用电磁铆枪控制系统触发放电可控硅(5)，电容组(12)对横向放电线圈(6)和纵向放电线圈(8)同时放电；由于放电线圈串联，此时横向放电线圈(6)和纵向放电线圈(8)内流过相同的电流；在瞬间强电流的作用下，横向放电线圈(6)和横向次级线圈(26)之间产生电磁斥力，电磁斥力在横向应力波放大器(7)的放大作用下放大转化为横向入射波，纵向放电线圈(8)和纵向次级线圈(25)之间产生电磁斥力，电磁斥力应力波在纵向应力波放大器(9)的放大作用下放大转化为纵向入射波，此时横向、纵向入射波均满足计算式：$\sigma =\frac{{\mathrm{Kr\mu }}_0{\mathrm{\omega Mn}}^2}{A\alpha \sqrt{R_2^2+{\left({\mathrm{\omega L}}_2\right)}^2}}{i}^2\left(t\right)---\left(2\right)$式中，σ‑入射波，K‑应力波放大器放大倍数，r‑放电线圈半径，μ₀‑真空磁导率，ω‑电流振荡圆频率，M‑放电线圈与次级线圈的互感，n‑放电线圈匝数，i(t)‑放电电流，A‑次级线圈面积，α‑放电线圈与次级线圈的距离，R₂、L₂‑次级线圈的电阻和电感；由公式(2)可知，横向、纵向入射波的脉冲宽度与放电电流的半周期相同，脉冲触发时间与电流的触发时间一致，当放电电流相同时，横向、纵向入射波的脉冲宽度和触发时间将完全相同；步骤九、纵向入射波通过纵向入射杆(18)传播到试样(20)的纵向端面，实现试样(20)的纵向加载，纵向入射波在试样(20)纵向端面产生的反射波在纵向入射杆(18)上被应变片(21)记录，纵向透射波通过试样(20)传入纵向透射杆(19)中被应变片(21)记录，纵向透射波最终被纵向缓冲器(22)吸收；横向入射波通过横向入射杆(16)传播到试样(20)的横向端面，实现试样(20)的横向加载，横向入射波在试样(20)横向端面产生的反射波在横向入射杆(16)上被应变片(21)记录，横向透射波通过试样(20)传入横向透射杆(17)中被应变片(21)记录，横向透射波最终被横向缓冲器(23)吸收；步骤十、在入射波加载的过程中，利用分别粘贴在纵向入射杆(18)和纵向透射杆(19)、横向入射杆(16)和横向透射杆(17)上的四个应变片(21)采集横向、纵向反射波、透射波信号，信号传入动态应变仪(24)中转化为电压信号，记录电压信号；利用分离式霍普金森压杆的实验原理对数据进行处理，推导出试样在等效双轴加载下的力学性能。