一种动态扭转-拉伸/压缩同步联合加载装置及加载方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901501A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211614396.X(22)申请日2022.12.13(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人郭亚洲胡博杨凯祥李玉龙(74)专利代理机构西安匠星互智知识产权代理有限公司61291专利代理师华金(51)Int.Cl.G01N3/317(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种动态扭转-拉伸/压缩同步联合加载装置及加载方法(57)摘要一种动态扭转‑拉伸/压缩同步联合加载装置及加载方法，通过延时脉冲发生器控制扭转波和拉伸/压缩波同时到达试样，最终实现扭转、拉伸/压缩复合动态加载。本发明中通过旋转扭矩加载机构进行储能，通过粘贴在扭转入射杆上的应变花实时得到能量的大小。储能结束后旋转夹持机构的夹紧螺栓使断裂螺栓受拉断裂，从而将扭转入射杆储能段储存的能量以应力波的形式向试样方向传播，位于扭转入射杆的应变花能够记录扭转波的波形，扭转波到达试样对其进行动态扭转加载。本发明通过精确控制延时时间，能够控制扭转波和拉伸波同时到达试样，实现对试样的动态拉伸‑扭转复合加载。数据采集器同时记录到扭转入射杆和拉伸入射杆上的应力波脉冲信号。CN115901501ACN115901501A权利要求书1/2页1.一种动态扭转‑拉伸/压缩同步联合加载装置，其特征在于，包括霍普金森扭杆加载单元、电磁霍普金森拉/压杆单元、同步控制单元以及力学测试单元；其中：所述霍普金森扭杆加载单元包括扭转入射杆、夹持机构和扭矩加载机构；所述扭转入射杆的一端固定在扭矩加载机构上且两者紧密相连，通过该扭矩加载机构带动扭转入射杆转动以施加扭矩；所述夹持机构套装在该扭转入射杆上，通过夹头夹紧该扭转入射杆；所述断裂螺栓安装夹头的两块夹板上，通过旋紧夹紧螺栓和断裂螺栓夹头夹紧扭转入射杆，使扭转入射杆与夹头之间无相对滑动；所述电磁霍普金森拉/压杆单元中的拉伸入射杆的一端与加载枪连接；另一端为悬臂端，其端面与所述扭转入射杆的端面相对应；试样位于该拉伸入射杆与扭转入射杆之间；在所述入射杆的外圆周表面分布有三组应变花，其中第一组应变花和第三组应变花分别通过数据线与数据采集器联通；第二组应变花通过数据线与同步控制单元的延时脉冲发生器的信号输入端联通。2.如权利要求1所述动态扭转‑拉伸/压缩同步联合加载装置，其特征在于，所述夹持机构包括夹持机构底座和夹头；所述夹头由两个夹板和断裂螺栓组成，两个夹板平行地位于夹持机构底座内，并使分别位于两个夹板内侧表面的夹持槽相对应；断裂螺栓安装在所述两个夹板的上端，并使该断裂螺栓中部的缺口位于夹持机构的两个夹板中间；所述夹紧螺栓位于该夹持机构底座的两个支板上。3.如权利要求1所述动态扭转‑拉伸/压缩同步联合加载装置，其特征在于，所述夹持机构与试样端的距离为1.5m；所述拉伸入射杆的长度为1.5m。4.如权利要求1所述动态扭转‑拉伸/压缩同步联合加载装置，其特征在于，所述延时脉冲发生器的时间精度为10ns。5.一种利用权利要求1所述动态扭转‑拉伸/压缩同步联合加载装置进行加载的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，排布器材：将电磁霍普金森拉伸加载装置、拉伸入射杆、夹持机构、扭矩加载机构和扭转入射杆按顺序安装于实验台上；装配扭矩加载机构与扭转入射杆，使二者紧密配合，并使扭转杆在夹持机构和定位筒上自由旋转；将加载枪与拉伸入射杆进行装配；步骤2，粘贴应变片：所述粘贴应变片包括：在拉伸入射杆粘贴拉伸应变片；粘贴时，将两片所述拉伸应变片对称地粘贴在拉伸入射杆长度的1/2处的圆周表面；该拉伸应变片接入数据采集系统中的惠斯通电桥中；在扭转入射杆粘贴应变花；粘贴时，将三组所述应变花分别接入延时脉冲发生器和数据采集系统中的惠斯通电桥中；步骤3，加载并采集数据：将试样固定在所述扭转杆入射杆和拉伸入射杆之间，并使该试样的两端分别与该扭转杆入射杆和拉伸入射杆通过螺纹固定；将加载枪安装在实验台上；安装断裂螺栓；旋转夹持机构底部的夹紧螺栓至该夹持机构夹紧扭转入射杆，通过旋转扭矩加载机构对所述扭转入射杆施加扭矩，并通过应变花得到施加的扭矩；当数据采集系统的电压信号为30毫伏时停止2CN115901501A权利要求书2/2页扭转入射杆在扭矩加载机构与夹持机构之间为扭转入射杆储能段；旋转所述扭矩加载机构并带动该扭转入射杆旋转，由于夹持机构已夹紧扭转入射杆，故扭转入射杆产生扭转变形，将扭矩能存储在所述扭转入射杆储能段；为电磁霍普金森拉伸加载装置的电容器充电；充电电压为800v，产生拉伸应力波的幅值为200MPa；电容器的电容为2mf，产生的拉伸应力波的脉宽为300微秒；待充电完成后，设置脉冲延时发生