摆锤-电磁协同加速冲击压入原位测试装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115979850A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202310058387.5(22)申请日2023.01.16(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人马志超李傢楷沈郭祥李沂澄孙嘉政李聪赵宏伟任露泉(74)专利代理机构长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)22212专利代理师李荣武(51)Int.Cl.G01N3/317(2006.01)G01N3/303(2006.01)G01N3/06(2006.01)G01N3/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称摆锤-电磁协同加速冲击压入原位测试装置(57)摘要本发明涉及一种摆锤‑电磁协同加速冲击压入原位测试装置，属于材料微观力学性能测试领域。主要由摆锤动作单元、电磁线圈加速单元、原位测试单元等部分组成。直流电机带动摆锤抬升至特定高位并用电磁铁吸附，以实现摆锤冲击过程中初速度和冲击能量的一致性；冲击压头在获得摆锤重力势能转化的动能的基础上，通过电磁线圈二次加速获得更高的速度与冲击力，实现摆锤‑电磁协同的短程瞬态高速冲击测试；被测试件夹持台后安装有声发射传感器用以监测冲击过程中被测材料的瞬态弹性波与裂纹动态扩展行为，载荷和位移检测单元分别用于采集被测试件的冲击载荷和压入位移。本发明将电磁弹射技术应用到冲击压入测试中，结构紧凑，体积小巧，冲击压入速度高。CN115979850ACN115979850A权利要求书1/1页1.一种摆锤‑电磁协同加速冲击压入原位测试装置，其特征在于主要由摆锤压痕动作单元、电磁线圈加速单元、试件夹持单元、原位测试单元等部分组成；其中，摆锤压痕动作单元中的冲击压头(10)置于套接在电磁线圈加速单元中的冲击轨道(13)中，且冲击轨道(13)套接安装在电磁线圈加速单元中具有环形结构的支撑台(12)中，原位测试单元中的声发射传感器(2)嵌入安装在试件夹持单元中试件夹持台(3)的后方；所述摆锤压痕动作单元由大理石隔震台(5)、摆锤(6)、电磁铁(7)、电磁铁固定架(8)、隔震台(9)、冲击压头(10)构成；摆锤的摆角范围为0°～180°，可根据冲击能量和冲击速度需要调节其初始下落高度，并利用摆锤重力势能转化为冲击动能，为二次电磁弹射提供初始冲击速度；所述电磁线圈加速单元由电磁线圈(11)、支撑台(12)、冲击轨道(13)构成；电磁线圈(11)套接在冲击轨道(13)上，可根据冲击压入速度要求模块化更换不同规格的线圈以达实现冲击速度的调节；所述试件夹持单元由试件夹持台(3)和被测试件(14)构成；试件夹持台(3)采用圆形夹持面的设计，其通孔内嵌入安装有圆柱形声发射传感器(2)，试件夹持台(3)的竖直平面与冲击轨道(13)的端面保持一定的距离，便于原位测试单元中的红外热成像仪(1)和高速相机(4)对冲击压入过程中冲击压头(10)与被测试件(14)间相互作用行为的原位监测；所述原位测试单元由红外热成像仪(1)、高速相机(4)和声发射传感器(2)构成；红外热成像仪(1)和高速相机(4)分别布置在被测试件两侧，，在声发射传感器(2)的前端探头表面上粘贴有被测试件(14)。2.根据权利要求1所述的一种摆锤‑电磁协同加速冲击压入原位测试装置，其特征在于，冲击压头(10)由传动压杆和微型压头组成，微型压头通过其尾端的外螺纹与传动压杆刚性连接，且微型压头的形状可更换为球形、锥形、三棱锥形、四棱锥形和立方角形，以满足具有不同冲击韧度和动态硬度的被测试件(14)的冲击测试需求，结合被测试件(14)的厚度、冲击压头(10)的长度和微型压头的形状调节，可实现不同应变速率下的冲击压入测试；与此同时，摆锤(6)和冲击压头(10)传动压杆均采用具有优异抗冲击和抗疲劳性能的高熵合金材料制备，且摆锤(6)和冲击压头(10)的横截面积比以及厚度/长度比均为定值，即可实现不同载荷下相同的冲击惯量比。3.根据权利要求1所述的一种摆锤‑电磁协同加速冲击压入原位测试装置，其特征在于，所述的电磁线圈(11)的几何轴线与冲击压头(10)的运动方向即冲击速度方向一致，电磁铁(7)通过螺栓连接固定在电磁铁固定架(8)上，并驱使摆锤进行第一次加速；电磁线圈(11)通过电磁弹射式加速原理驱使冲击压头(10)进行第二次加速；摆锤‑电磁协同加速冲击通过摆锤(6)的重力势能和电磁线圈(11)的电磁能协同向冲击压头(10)的动能转换，冲击压头(10)在获得摆锤重力势能转化的动能的基础上，通过电磁线圈(11)二次加速获得更高的冲击速度与冲击力，进而实现摆锤‑电磁协同的短程内的瞬态高速冲击压入测试；通过调节储能装置向电磁线圈(11)施加的瞬态电流值，可实现二次电磁弹射模式下冲击压头(10