专利名称：一种新的材料动态力学性能测试方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新的材料的动态力学性能测试方法和装置。
背景技术：
材料动态力学行为对于结构抗侵彻、冲击碰撞等性能的研究是极其重要的。传统的霍普金森压杆(Slip Hopkinson Pressure Bar, SHPB)技术是一种测量材料在高应变率条件下应カ应变关系的有效实验方法，已经广泛应用于材料在单轴冲击载荷下的动态力学行为研究。其原型来自Hopkinson于1914年发明的一种测试瞬态脉冲应カ的装置，后来Kolsky、David和Hunter对这个装置进行了实质性的改进,将压杆分成两段,通过加速的质量块、短杆撞击或炸药爆轰方式产生应力脉冲。现代的SHPB都是在Kolsky的工作基础上发展而来的。SHPB系统主要由入射子弹、输入杆和输出杆组成。材料试样同轴地放置于输入杆和输出杆中间。当入射子弹以速度V撞击输入杆时将产生应カ脉冲(入射波),并开始在输入杆里传播。当遇到材料试样时，由于形状及阻抗等的不匹配，应カ波有部分反射回输入杆(反射波)，其他部分透过试样传入到输出杆(透射波)。利用这ー装置，通过测量输入杆上的入射波和反射波应变以及输出杆上的透射波应变，可測量材料在该冲击载荷作用下的应カ应变关系。 SHPB的实验方法基于以下两个假设(I) —维应カ条件。这就要求杆直径远小于波长，忽略试样的横向惯性效应；(2)试样的应カ和应变分布均匀，忽略试样的波动效应以及端面的摩擦效应。设入射杆中的入射波和反射波应变分别为ejt)和e R(t)，透射杆中的透射波应变为eT(t)，根据ー维应カ波理论，可以同时计算出试样两个端面位置的应力、速度，从而得到试样变形过程中的应变率MO、应变e (t)和应カO (t)历程，
= ~^[e/ (0_sR (0 — sT (0],S (t) = ^J: [s, (/) —SR (t) — St {t)yt，
Apび(t)= — [e；(/) + eR (t) + sT (/)].其中Cc^UA和Atl分别杆的弹性波速、试样的原始长度、杆的横截面积和试样的横截面积。由此得到试样的动态应力、应变率和应变的时间历程，从而以时间为參数直接得出三者之间的对应关系。SHPB实验原理基于ー维应カ假定，实验系统比较复杂。通过测量入射、反射和透射应变波形得到试样的应力、应变以及应变率。在进行数据处理时需要将测量得到的三个应变波形在时间上进行平移，保证具有相同的时间起点。但是通常很难保证测量的应变波形具有相同的时间起点。另外，由于杆横向尺寸的影响，波在传播过程中的弥散效应会引起波形的改变，也会引起数据处理的误差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供ー种材料动态力学性能測量方法和装置，能够直接得到试样的应カ应变关系，减小了由于时间平移带来的误差，同时可以使得測量系统更加紧凑。本发明的ー种材料动态力学性能測量方法包括I)向试样发送一定应カ的应カ脉冲波，当应カ波在试样内部传播时，由于横向膨胀及横向惯性效应，试样质点产生的沿与所述应カ波传播方向相垂直的径向运动速度W，通过测速仪测量所述质点的径向运动速度ろ，而透过试样的应カ波采用压カ传感器来测量；2)采集的由测速仪测量的径向运动速度和压カ传感器测量的压カ经过计算得到材料的试样的径向和纵向应变关系
权利要求
1.ー种材料动态力学性能測量方法，包括 1)向试样发送一定应カ的应カ脉冲波，当应カ波在试样内部传播时，由于横向膨胀及横向惯性效应，试样质点产生的沿与所述应カ波传播方向相垂直的径向运动速度Vk，通过测速仪測量所述质点的径向运动速度Vk，而透过试样的应カ波采用压力传感器来測量； 2)采集的由测速仪测量的径向运动速度Vk和压カ传感器测量的压カ经过计算得到材料的试样的径向和纵向应变关系 參-I爲—力 { vR J R1 ￡!为所述压カ传感器测量的值； 其中，e x(t)为径向应变，e I为纵向应变，tc为试样开始进入塑性变形阶段的时刻，V为泊松比，R为试样半径，Rt为t时刻的试样半径。
2.—种材料动态力学性能測量装置，其特征在于，包括 应カ脉冲产生単元，产生预定强度和脉宽的应カ脉冲，并发送给待测试样； 压カ测量単元，用于测量透过试样的应カ波； 速度测量单元，用于测量试样质点产生的沿与所述应カ波传播方向相垂直的径向运动速度vK ; 数据收集単元，用于收集所述压カ测量单元和速度測量单元采集的信息； 数据处理単元，根据试样的径向和纵向应变关系来得到试样的径向应变和纵向应变 爲—j■型I,V 尺 * K ￡!为所述压カ传感器测量的值； 其中，e x(t)为径向应变，e I为纵向应变，tc为试样开始进入塑性变形阶段的时刻，V为泊松比，R为试样半径，Rt为t时刻的试样半径。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压カ测量单元为压カ传感器。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述速度测量单元为测速仪。
全文摘要
本发明公开了一种材料动态力学性能测量方法，包括1)向试样发送一定应力的应力脉冲波，当应力波在试样内部传播时，由于横向膨胀及横向惯性效应，试样质点产生的沿与所述应力波传播方向相垂直的径向运动速度vR，通过测速仪测量所述质点的径向运动速度vR，而透过试样的应力波采用压力传感器来测量；2)采集的由测速仪测量的径向运动速度vR和压力传感器测量的压力经过计算得到材料的试样的径向和纵向应变关系。本发明还公开了一种材料动态力学性能测量装置。本发明采用质点速度测量和压力测量相结合，来直接得到试样的应力应变关系，减小了由于时间平移带来的误差。同时可以使得测量系统更加紧凑。
文档编号G01N29/04GK102841141SQ20121030868
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者吴先前, 黄晨光, 王曦, 宋宏伟, 魏延鹏 申请人:中国科学院力学研究所