专利名称：一种材料高速拉伸试验装置及其试验方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测定材料临界冲击拉伸速度的材料高速拉伸试验装置及其试 验方法。
背景技术：
由于金属材料在高速拉伸时的延展特性优于准静态拉伸时的延展特性，因此金属构 件的高速成型技术在机械领域被越来越广泛地应用。然而，当拉伸速度超过某临界值时， 延展特性会突然下降，此临界值被称为材料的临界冲击拉伸速度，其理论值与材料的塑 性波截止相对应。国外可用于研究材料临界冲击拉伸速度的试验装置是通过由飞轮驱动 的高速锤来冲击拉伸试件，此装置最早由美国WatertownArsenal实验室建立，但是此装 置在试验中发现能够获得的冲击拉伸速度及其测量精度均不高，因此无法获得准确的材 料临界冲击拉伸速度。此外，由于目前国内外缺乏有效且高效的材料临界冲击拉伸速度 试验装置以及相关的理论研究，因此各种金属材料的临界冲击拉伸速度数据比较稀缺。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种材料高速拉伸试验装置及其试验方法，用以 准确测定各种材料的临界冲击拉伸速度。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种材料高速拉伸试验装置，它包 括用于高速发射弹丸的气体炮管，所述的气体炮管的出口处固定设置有基座，所述的基 座上设置有与所述的气体炮管同轴的中心孔，所述的基座的端面上围绕所述的中心孔设 置有至少三个均匀分布的试件固定孔，所述的试件固定孔的轴线与所述的中心孔的轴线 平行，所述的中心孔内同轴固定设置有套筒，所述的套筒的另一端垂直设置有与试件固 定连接的平面靶板，所述的套筒的侧壁上设置有用于测量弹丸速度的第一测速电探针，所述的平面靶板的外侧设置有用于测量试件拉伸速度的第二测速电探针。
所述的试件固定孔为螺纹孔，所述的平面靶板上设置有与所述的螺纹孔同轴对应的通孔，所述的平面靶板的外端面上设置有与试件螺纹连接的固定块，所述的第二测速电探针设置在所述的固定块的外侧。
所述的第一测速电探针和所述的第二测速电探针均为高精度测速电探针，所述的第一测速电探针和所述的第二测速电探针的输出端均连接有网络信号源、时间间隔测量仪和高性能的示波器。
所述的基座、所述的套筒、所述的平面靶板和所述的固定块的材料均为高强度钢。 一种使用所述的材料高速拉伸试验装置的试验方法，它包括以下步骤(1) 、将试件的一端与所述的试件固定孔连接，试件的另一端穿过所述的平面靶板 上的通孔并与固定块连接，在试件的两端与试件的主体之间设置过渡区，并使试件主体 的长径比大于13;(2) 、将第二测速电探针安装在所述的固定块的外侧；(3) 、从气体炮中发射弹丸来平行冲击平面革E板，使试件被快速拉伸，通过安装在 所述的固定块外侧的第二测速电探针获得试件的材料冲击拉伸速度值；(4) 、调节弹丸冲击平面靶板的速度，再重复上述的步骤，当试件在受冲击拉伸端 附近断裂而试件的其它部分无变形时，获得的试件的材料冲击拉伸速度值即为冲击拉伸 速度的临界值。与现有技术相比，本发明的优点在于充分发挥气体炮高速驱动弹丸的能力，通过弹 丸冲击平面靶板牵引多根拉伸试件，可满足研究各种材料的临界冲击拉伸速度要求(每 秒数十米至数百米)，因在固定块的外侧设置有高精度的第二测速电探针，可以准确测 得试件受冲击拉伸端的速度；当冲击拉伸速度较小时，拉伸试件在固定端附近发生变形、 颈縮及断裂；当冲击拉伸速度增大时，试件的颈縮与断裂位置逐渐离开固定端，当冲击 拉伸速度达到某临界值时，试件在受冲击拉伸端附近发生断裂，试件的其它部分几乎无 变形，此临界速度即为该试件材料的临界冲击拉伸速度实验值；对于同一材料的试件而 言，由于随机因素会存在一定的临界冲击拉伸速度差异，采用本装置可对同一材料的多 根试件在同一冲击拉伸条件下进行拉伸试验，以获得计及随机因素的临界冲击拉伸速 度，而且也可以对不同材料的试件在同一冲击拉伸荷载下进行拉伸对比试验。
图1为本发明结合试件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图所示， 一种材料高速拉伸试验装置，它包括用于高速发射弹丸1的气体炮管2， 气体炮管2的出口处固定设置有基座3，基座3上设置有与气体炮管2同轴的中心孔31, 中心孔31内同轴固定设置有套筒5，套筒5的另一端垂直设置有平面靶板8，基座3的 端面上围绕中心孔31设置有三个均匀分布的螺纹孔32，螺纹孔32的轴线与中心孔31 的轴线平行，平面靶板8上设置有与螺纹孔32同轴对应的通孔81，平面耙板8的外端 面上设置有与试件6螺纹连接的固定块9，套筒5的侧壁上设置有用于测量弹丸1速度 的高精度的第一测速电探针10，固定块9的外侧设置有用于测量试件拉伸速度的高精度 的第二测速电探针7，第一测速电探针10和第二测速电探针7的输出端均连接有网络信 号源(图中未显示)、时间间隔测量仪(图中未显示)和高性能的示波器(图中未显示)， 基座3、套筒5、平面靶板8和固定块9的材料均为高强度钢。一种使用上述试验装置的试验方法，它包括以下步骤(1) 、将试件6的一端与螺纹孔32连接，试件6的另一端穿过平面耙板8上的通 孔81并与固定块9连接，在试件6的两端与试件6的主体之间设置过渡区61，并使试 件6主体的长径比大于13;(2) 、将第二测速电探针7安装在固定块9的外侧；(3) 、从气体炮中发射弹丸1来平行冲击平面靶板8，使试件6被快速拉伸，通过 安装在固定块9外侧的第二测速电探针7获得试件6的材料冲击拉伸速度值；(4) 、调节弹丸1冲击平面靶板8的速度，再重复上述的步骤，当试件6在受冲击 拉伸端附近断裂而试件的其它部分无变形时，获得的试件6的材料冲击拉伸速度值即为 冲击拉伸速度的临界值。
权利要求
1、一种材料高速拉伸试验装置，其特征在于它包括用于高速发射弹丸的气体炮管，所述的气体炮管的出口处固定设置有基座，所述的基座上设置有与所述的气体炮管同轴的中心孔，所述的基座的端面上围绕所述的中心孔设置有至少三个均匀分布的试件固定孔，所述的试件固定孔的轴线与所述的中心孔的轴线平行，所述的中心孔内同轴固定设置有套筒，所述的套筒的另一端垂直设置有与试件固定连接的平面靶板，所述的套筒的侧壁上设置有用于测量弹丸速度的第一测速电探针，所述的平面靶板的外侧设置有用于测量试件拉伸速度的第二测速电探针。
2、 如权利要求1所述的一种材料高速拉伸试验装置，其特征在于所述的试件固定 孔为螺纹孔，所述的平面靶板上设置有与所述的螺纹孔同轴对应的通孔，所述的平面耙 板的外端面上设置有与试件螺纹连接的固定块，所述的第二测速电探针设置在所述的固 定块的外侧。
3、 如权利要求1所述的一种材料高速拉伸试验装置，其特征在于所述的第一测速 电探针和所述的第二测速电探针均为高精度测速电探针，所述的第一测速电探针和所述 的第二测速电探针的输出端均连接有网络信号源、时间间隔测量仪和高性能的示波器。
4、 如权利要求2所述的一种材料高速拉伸试验装置，其特征在于所述的基座、所 述的套筒、所述的平面靶板和所述的固定块的材料均为高强度钢。
5、 一种使用权利要求1所述的材料高速拉伸试验装置的试验方法，其特征在于它 包括以下步骤(1) 、将试件的一端与所述的试件固定孔连接，试件的另一端穿过所述的平面靶板 上的通孔并与固定块连接，在试件的两端与试件的主体之间设置过渡区，并使试件主体的长径比大于13;(2) 、将第二测速电探针安装在所述的固定块的外侧；(3) 、从气体炮中发射弹丸来平行冲击平面靶板，使试件被快速拉伸，通过安装在 所述的固定块外侧的第二测速电探针获得试件的材料冲击拉伸速度值；(4) 、调节弹丸冲击平面靶板的速度，再重复上述的步骤，当试件在受冲击拉伸端 附近断裂而试件的其它部分无变形时，获得的试件的材料冲击拉伸速度值即为冲击拉伸 速度的临界值。
全文摘要
本发明公开了一种材料高速拉伸试验装置，特点是它包括用于高速发射弹丸的气体炮管，气体炮管的出口处固定设置有基座，基座上设置有与气体炮管同轴的中心孔，基座的端面上围绕中心孔设置有至少三个均匀分布的试件固定孔，试件固定孔的轴线与中心孔的轴线平行，中心孔内同轴固定设置有套筒，套筒的另一端垂直设置有与试件固定连接的平面靶板，套筒的侧壁上设置有用于测量弹丸速度的第一测速电探针，平面靶板的外侧设置有用于测量试件拉伸速度的第二测速电探针；优点是充分发挥气体炮高速驱动弹丸的能力，通过弹丸冲击平面靶板牵引多根拉伸试件，可满足精确确定各种材料计及随机因素的临界冲击拉伸速度要求。
文档编号G01N3/28GK101158625SQ20071015635
公开日2008年4月9日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者王焕然, 胡金伟, 金扬辉, 陈大年 申请人:宁波大学