一种高速率单向拉伸试验方法

摘要

一种高速率单向拉伸试验装置及方法。本发明涉及一种单向拉伸试验装置及方法。以解决采用霍普金森拉杆实验研究金属材料在高速率伸长变形条件下的本构关系存在试验设备昂贵，很难获得应力-应变关系曲线问题。线圈固定在线圈支撑套内，两个拉杆与底板连接，拉杆与线圈支撑套及试样固定板可拆卸连接，刚性线圈限位环、绝缘隔板及线圈支撑套三者可拆卸连接，拉伸模具包括底座和拉伸杆，拉伸杆与底座固定连接，拉伸杆依次穿出线圈限位环、绝缘隔板、线圈骨架及线圈支撑套，驱动片设置在底座与刚性线圈限位环之间，驱动片与底座可拆卸连接，线圈两端引线与电容器组连接，由高压开关控制电容器组放电。本发明用于对标准拉伸试样进行高速率单向拉伸试验。

主权项

一种高速率单向拉伸试验方法，所述方法是利用高速率单向拉伸试验装置实现的，所述高速率单向拉伸试验装置包括底板(1)、驱动片(3)、线圈(4)、刚性线圈限位环(6)、绝缘隔板(7)、线圈骨架(8)、拉伸模具(9)、线圈支撑套(10)、试样固定板(16)及两个拉杆(12)；线圈支撑套(10)的中心处由下至上设有相通的内台肩孔及通孔，线圈(4)固定在线圈支撑套(10)的内台肩孔中，试样固定板(16)设置在线圈支撑套(10)的正上方，底板(1)设置在线圈支撑套(10)的正下方，两个拉杆(12)相对于底座(1)的竖向中心线对称设置，两个拉杆(12)的下端与底板(1)连接，拉杆(12)与线圈支撑套(10)及试样固定板(16)可拆卸连接，线圈支撑套(10)的下端设有刚性线圈限位环(6)，线圈支撑套(10)与刚性线圈限位环(6)之间设有绝缘隔板(7)，绝缘隔板(7)为环形，刚性线圈限位环(6)、绝缘隔板(7)及线圈支撑套(10)三者可拆卸连接，拉伸模具(9)包括底座(9‑1)和拉伸杆(9‑2)，拉伸杆(9‑2)与底座(9‑1)的中心处固定连接，拉伸杆(9‑2)依次穿出线圈限位环(6)、绝缘隔板(7)、线圈骨架(8)及线圈支撑套(10)，驱动片(3)设置在底座(9‑1)与刚性线圈限位环(6)之间，驱动片(3)与底座(9‑1)可拆卸连接，线圈(4)两端引线与电容器组(C)连接，由高压开关(K)控制电容器组(C)放电，确保装配后的驱动片(3)紧贴于绝缘隔板(7)上；其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一：先将标准拉伸试样(14)表面印制网格，然后将标准拉伸试样(14)的下端用第一销钉(13)固定于拉伸模具(9)的拉伸杆上，将标准拉伸试样(14)的上端用第二销钉(15)固定于试样固定板(16)上，标准拉伸试样(14)旁边固定有网格标准块，将高速摄像机对准标准拉伸试样(14)标距区；步骤二：通过高压开关(K)控制电容器组(C)的充/放电；先使电容器组(C)充电完毕，之后接通高压开关(K)，使强度为20KA～200KA的瞬间强电流通过线圈，同时使高速摄像机工作，试样在瞬间电磁力作用下实现高速向下拉伸，拉伸速率在10m/s～300m/s之间，直至拉断，高速摄像机记录试样拉伸过程每一时刻的伸长变形；步骤三：对试验数据进行处理；试样在拉伸过程中的流动应力通过理论计算得到，而试样拉伸每一时刻的应变通过高速摄像机记录的照片分析得到；具体分析方法如下：1).试样拉伸过程应变ε；由高速摄像机记录，借助ASAME网格应变测量系统进行测量；高速摄像机曝光时间为t，则开始变形后的第i张照片，变形时间为t·i时的应变ε_i即为ASAME网格应变测量系统测出的第i张照片的应变；2).试样拉伸过程流动应力σ计算；试样所受到的力由力的平衡方程得到：F+G＝F_i+F_f   公式一其中：F为电磁脉冲力；G为重力，G＝mg；F_i为惯性力，F_i＝ma；F_f＝σ·S，其中σ为流动应力；S为试样变形过程中的横截面积；试样加速度a的计算：设高速摄像机曝光时间为t，连续拍摄三张照片i，i+1，i+2，测量每张照片的应变ε_i、ε_i+1、ε_i+2；则：a＝(ε_i+2+ε_i+1‑2ε_i)/t²   公式二驱动片(3)上的电磁脉冲力F的计算如下：$F=\underset{z_2}{\overset{z_1}{\int }}f\left(z\right)\mathrm{dz}=\frac{1}{2}\mu (H_{z_1}^2-H_{z_2}^2)=\frac{1}{2\mu }(B_{z_1}^2-B_{z_2}^2)$   公式三其中：为驱动片上表面磁感应强度；为驱动片下表面磁感应强度；及通过磁感应强度信号测试得到；f(z)为沿轴线方向作用于驱动片上体积磁场力密度，μ为介质的磁导率；为驱动片上表面磁场强度；为驱动片下表面磁场强度；由此可得：σ＝(F+G‑ma)/S   公式四其中S为试样变形过程中的横截面积，横截面积变化不大时，用原始面积代替；步骤四：由上述得到试件高速变形下的流动应力σ和应变ε，作出应力‑应变曲线，即σ‑ε曲线。