一种用于金属动静态剪切行为的测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种用于金属动静态剪切行为的测试装置。
【背景技术】
[0002] 在对金属的剪切行为测量中，不仅要测量动态剪切行为，有时还需要测量静态剪 切行为，而在现有技术中，对静态剪切行为和动态剪切行为的测试需要采用不同的测试装 置。
[0003] 对金属动态剪切行为的测量采用的测量装置如图1所示，加载装置由霍普金森压 杆组成，分为入射杆和透射杆，在入射杆和透射杆上贴有应变片。测量试样往往采用帽型试 样，帽型试样夹在入射杆和透射杆中间。子弹尚速撞击入射杆，入射杆受到撞击后挤压帽型 试样。在子弹撞击入射杆的时候会产生入射波，入射波通过入射杆传递到帽型试样，再通过 帽型试样传递给透射杆并产生透射波。此时应变片采集入射波和透射波数据输送到计算模 块，高速相机对准帽型试样，拍摄帽型试样被挤压变形结果的图像。
[0004] 对金属静态剪切行为的测量采用的测量装置中加载装置采用拉压试验机，测试试 样加载后被剪切的剪切原理示意图如图2所示。在静态剪切行为的测量中同样可以使用相 机，但是相机也只能拍摄试样被挤压后变形的过程和结果的图像，并提供给测试者查看，但 是不能自动利用拍摄到的图像进行计算，从而获得应变场相关数据。
[0005] 可见，在动态剪切行为测试的方法中数据的采集是通过入射杆和透射杆上应变片 间接地采集，数据不准确；另外，试样为帽型结构，剪切区域位于内部，不能直接观测试样的 剪切区域，要想观测帽型试样内部形变情况，需将帽型试样切割；同时高速相机只能拍摄帽 型试样被挤压的外部状态的图像，不能够获得动态剪切时剪切面的变化过程。
[0006] 另外，现有技术需要分别采用不同的装置进行金属动态和静态剪切行为的测试， 静态测试和动态测试加载的测试试样形状不同，导致需要制作不同的试样，提高了制作成 本，另外帽型试样的制备也比较麻烦。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种用于金属动静态剪切行为的测试装置，能够同时适 用于静态加载和动态加载，同时能够直接观测剪切区域，利用光学拍摄设备，得到试样平面 的变形信息，获得准确的数据。
[0008] 一种用于金属动静态剪切行为的测试装置，适用于动态和静态剪切行为测试，该 测试装置包括加载装置、试样、图像采集设备和数据处理设备；
[0009] 所述试样为平板的凸形结构，中部开设通孔；其中，凸形结构的凸台为加载区域， 通孔和加载区域之间形成剪切区域，剪切区域相对于通孔的另一侧为承压区域；凸形结构 的其中一个平面为观测表面；
[0010] 所述试样放置于加载装置中，其观测表面通过喷漆方式形成随机分布的散斑；
[0011] 所述图像采集设备的光学传感器敏感面和观测表面保持平行，采集加载后试样变 化过程的图像；
[0012] 所述数据处理设备解析所述图像采集设备采集的图像，利用散斑的移动和变化获 得试样各位置点位移，利用位移计算获得剪切应变场分布。
[0013] 所述观测表面随机分布的散斑通过在观测表面喷制底漆再采用雾状喷出方式喷 出斑点后制作而成。
[0014] 该装置还包括止动环，套在试样的所述凸台外部。
[0015] 所述通孔为矩形通孔。
[0016] 在动态剪切行为测试中，所述加载装置包括霍普金森压杆以及发射装置，所述图 像采集设备采用图片采集速率在7000fps以上的高速相机；在静态剪切行为测试中，所述 加载装置采用拉压试验机，所述图像采集设备采用工业相机。
[0017] 所述数据处理设备的数据处理过程为：
[0018] 以第一张未发生变形的散斑图片作为参考图片，其他图片为变形图片；
[0019] 在参考图片中选择出需要计算应变的区域，依据变形图像的灰度梯度分布在所需 计算应变的区域选择出计算相关窗口；计算相关窗口的选定原则是：变形图片和参考图片 的一个散斑能够分配在同一相关窗口；
[0020] 之后，根据图像分辨率，确定合适的计算步长，并将相关窗口移动到需要计算应变 的区域中应力影响较小区作为计算起始点，开始进行位移计算；
[0021] 计算完成后根据实验要求，选择点、线以及剪切区域进行数据分析，根据位移计算 获得剪切应变场分布，然后计算得到剪切应变率、位移时间曲线、应变时间曲线。
[0022] 有益效果：
[0023] (1)本发明采用凸形试样，能够同时适用于静态加载和动态加载，那么只需制造一 种类型的试样就可以进行两种试验，从而降低了成本。
[0024] (2)该凸形试验是平板结构的，其制备方式只需进行激光切割，制备简单。
[0025] (3)该凸形试样将剪切区域暴露在外，直接可见，就可以通过相机直接观测得到剪 切变形的全过程，不需要进行试验后的切割处理。
[0026] (4)本发明利用数字相关方法可以直接通过图像获得试样表面的剪切变形场，位 移场，应变场，应变率场等数据，利用计算机软件可以实现数据的批量处理。
[0027] (5)本发明直接采用图像获得试样本身的相关数据，而非像现有技术一样通过入 射杆和透射杆上安装的应变片间接获得试样相关数据，从而提高了测试数据的准确程度。
[0028] (6)本发明结合金属剪切过程中的变化特性，选取了油漆作为散斑的制备材料，其 能够附着较厚一层，而且具有延展性，适用于散斑的制备。
【附图说明】
[0029] 图1为现有技术动态剪切行为测试装置。
[0030] 图2为现有技术静态剪切行为剪切原理示意图。
[0031] 图3为本发明剪切试样图。（a)为试样外形图，（b)为一种实施方式的试样尺寸 图。
[0032] 图4为本发明试样表面的散斑。
[0033] 图5为试样所得剪切应变场云图。
[0034] 图6为试样在动态加载条件下剪切区的位移时间曲线。
[0035] 图7为试样在动态加载条件下剪切区域的应变时间曲线。
[0036] 图8为试样在动态加载条件不同时刻不同位置在同一直线上的点的剪切应变分 布和曲线。
[0037] 图9为剪切试样剪切区域的金相图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0039] 本发明提供了一种用于金属动静态剪切行为的测试装置，其核心思想是：制备的 凸型试样同时适用于动态和静态剪切行为测试，并对凸型试样表面制作散斑，利用数字图 像相关方法对采集的数据进行计算，获得试样变形应变场相关数据，可以包括变形应变场 云图和剪切应变率云图，以及位移时间曲线、应变时间曲线；这种方法可直接观测对试样切 区域以及剪切变形的全过程，且适用于动态和静态剪切行为测试。
[0040] 该用于金属动静态剪切行为的测试装置，该测试装置包括加载装置、试样、图像采 集设备、数据处理设备。
[0041] 动态剪切行为测试中加载装置可以采用霍普金森杆以及发射装置，图像采集设备 采用高速相机，采集图片速率在7000fps以上；静态剪切行为测试中加载装置可以采用拉 压试验机，图像采集设备采用工业相机。
[0042] 本发明的试样为中部开设通孔的平板凸形结构，如图3所示，凸形结构的