以拉伸应力持续时间为变量的实验方法以及冲击实验装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种以拉伸应力持续时间为变量的实验方法，涉及冲击动力学领域，S1.制备多个飞片；S2.制备多个样品靶，每个所述样品靶包括第一样品层和第二样品层，所述第一样品层的厚度小于所述第二样品层的厚度，多个所述样品靶的总厚度和材质均相同，多个所述样品靶的第一样品层的厚度不相同；S3.每个飞片与多个样品靶对应，构成一个冲击实验组，每个冲击实验组的多个样品靶相邻设置；S4.对每个冲击实验组进行冲击实验。通过本发明提供的实验方法，成功的将拉伸应力持续时间作为单一变量，同时获得同一损伤演化路径中的中间环节实验信息和数据，准确得出以拉伸应力持续时间为单一变量对层裂现象的影响。
【专利说明】
从拉伸应力持续时间为变量的实验方法从及冲击实验装置
技术领域
[0001] 本发明设及冲击动力学领域，具体而言，设及一种W拉伸应力持续时间为变量的 实验方法W及冲击实验装置。
【背景技术】
[0002] 冲击动力学是一口 W力学、材料学、物理学为基础的力学分支学科，W冲击载荷作 用下材料的动力学行为和结构特性为主要研究对象，包括材料构件在动载荷下的运动、变 形、破坏和失效现象。主要应用领域有:爆破工程、钻井开矿、机械加工、水下爆炸切割、武器 工程等。
[0003] 在冲击动力学中，一维应变条件下的层裂作为一种最典型的动态拉伸断裂破坏形 式，由于理论分析简单、实验易于实施等特点，同时包含了材料在动态拉伸条件下响应过程 的丰富内容，因此，一直是研究材料动态响应和破坏的重要手段，对于理解和认识材料在极 端条件下结构-加载-性能关系具有重要意义。通常利用飞片撞击实验，对样品进行层裂研 究。
[0004] -维应变条件下的层裂实验，可采用气炮、电炮等装置(拉伸应变率范围IO4S^i~ IO7S^i,拉伸应力持续时间IOOns~扣S)驱动飞片与样品祀碰撞，从碰撞面分别向飞片和样 品中产生冲击波，当冲击波到达飞片和样品的自由面时，产生相向行驶的稀疏波，两束稀疏 波在样品中相遇时，形成拉伸应力区，拉伸应力满足一定阔值时，材料的损伤开始发展演化 甚至断裂。
[0005] 目前，层裂实验中普遍采用的方案是通过改变飞片或者样品厚度(或者两者同时 变化），来实现对拉伸应力持续时间的控制，但是实验中拉伸应力持续时间的变化所引起的 层裂变化和理论拉伸应力持续时间变化相同的值所引起的层裂变化存在较大偏差，严重影 响平面冲击实验的准确性，W及对数据进行后续分析和研究。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种W拉伸应力持续时间为变量的实验方法，W改善上 述问题。
[0007] 本发明提供的一种W拉伸应力持续时间为变量的实验方法，包括：
[000引Sl.制备多个飞片，多个所述飞片的材质均相同。
[0009] S2.制备多个样品祀，每个所述样品祀包括第一样品层和第二样品层，所述第一样 品层与所述飞片发生碰撞，所述第一样品层和所述第二样品层贴合，所述第一样品层与所 述第二样品层材质相同，所述第一样品层的厚度小于所述第二样品层的厚度，多个所述样 品祀的总厚度和材质均相同，多个所述样品祀的第一样品层的厚度不相同。
[0010] S3.每个飞片与多个样品祀对应，构成一个冲击实验组，每个冲击实验组的多个样 品祀相邻设置，多个样品祀的第一样品层与飞片发生碰撞的一侧位于同一平面。
[0011] S4.对每个冲击实验组进行冲击实验，用每个冲击实验组中的飞片撞击每个冲击 实验组中对应的多个样品祀，多个冲击实验组中的飞片均W相同的速度撞击对应的样品 祀。
[0012] W上所述的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法，优选地，所述W拉伸应力持 续时间为变量的实验方法还包括设置对照实验组进行冲击实验，所述对照实验组包括对照 飞片和对照样品祀，所述对照飞片与所述飞片的厚度和材质均相同，所述对照样品祀的总 厚度和材质与所述样品祀的总厚度和材质均相同，用所述对照飞片撞击所述对照样品祀， 所述对照飞片的速度与每个冲击实验组进行冲击实验时飞片的速度均相同。通过对照实验 组能够得到一个基础数据，通过实验组和对照组进行比对，便于通过数据进行对比分析得 出拉伸应力持续时间对层裂的影响。
[0013] W上所述的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法，优选地，在S2还包括，根据每 个所述样品祀中W;*心一样品层与所述第二样品层的厚度差与拉伸应力持续时间的对 应关系，利用公J 其中，t为拉伸应力持续时间 ，.
[0014] hi为第一样品层的厚度
[0015] h2为第二样品层的厚度
[0016] C为材料的平均声速
[0017] 设置不同的第一样品层和第二样品层的厚度差，从而确定相应的拉伸应力持续时 间。为了便于实验人员进行观察和实验，尽可能让拉伸应力持续时间维持在所关注的时间 尺度范围内，即便于研究人员获得对层裂演化过程的认识。通过对第一样品层和第二样品 层的厚度差进行控制进而达到对拉伸应力持续时间的控制，使得对拉伸应力持续时间的控 制更加简单和便捷，便于实验人员进行控制。
[0018] W上所述的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法，优选地，S4之后包括利用任 意反射面的速度干设仪（VISAR，Velocity inte;rfe;rometer system for any reflector) W时间为横轴，W自由面粒子速度为纵轴，诊断并绘制自由面粒子速度-时间图，从图中采 集自由面粒子速度的最大值与第一个极小值的差值记为Au,采集自由面粒子速度的最大 值到第一个极小值所经历的时间记为A t，通过公式
[0019] 其中担为拉伸应变率
[0020] Cb为材料体波声速
[0021 ] A U为自由面粒子速度的最大值与第一个极小值的差值
[0022] At为A U段所经历的时间
[0023] 计算出不同样品祀的拉伸应变率。
[0024] 优选地，利用任意反射面的速度干设仪（VISAR，Velocity interferometer system for any reflector)记录样品祀的自由面粒子速度随时间的变化。任意反射面的 速度干设仪对自由面粒子速度进行测量，效率高。通过对回收样品表征获得样品损伤程度、 微结构和断裂特征运些信息后，能够对运些数据进行分析，便于提供准确的实验数据，观察 和分析不同的拉伸应力持续时间作为单一变量所引起的层裂现象。
[0025] 本发明还提供一种应用于W上所述的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法的 冲击实验装置，包括飞片、回收套筒和样品祀，所述回收套筒内设有回收腔，所述回收套筒 的一端开设有多个样品祀口，所述样品祀口与所述回收腔连通，所述回收套筒的另一端设 有回收口，所述回收口与所述回收腔连通，所述回收口设有用于回收样品祀的回收装置。
[0026] 每个所述样品祀包括第一样品层、第二样品层和样品回收舱，所述样品回收舱的 一端设有开口，所述第一样品层和所述第二样品层嵌设在所述开口内，所述第一样品层设 置在所述样品回收舱外侧，用于与所述飞片发生碰撞，所述第二样品层设置在所述样品回 收舱内侧，所述第一样品层和所述第二样品层贴合设置，所述第一样品层与所述第二样品 层材质相同，所述第一样品层的厚度小于所述第二样品层的厚度，所述样品回收舱内设有 用于回收第二样品层的样品回收装置。
[0027] 多个所述样品祀的第一样品层的厚度不相同，多个所述样品祀嵌设在所述样品祀 口内，多个所述样品祀的总厚度和材质均相同，多个所述样品祀的第一样品层与飞片发生 碰撞的一侧位于同一平面。
[0028] 多个样品祀的设有第一样品层和第二样品层，多个样品祀的总厚度相同，保证拉 伸应变率不变，通过第一样品层的厚度和第二样品层的厚度差改变，使得样品祀内拉伸应 力持续时间也相应改变，同时，多个样品祀并列设置，运样大大提高了实验效率，飞片一次 撞击能够同时与多个样品祀同时撞击，保证了样品祀受飞片的碰撞速度均相同，同时提高 了实验进行的效率，克服了环境因素对撞击速度的的影响。
[0029] 在本发明中，将多个样品祀布置在回收套筒上，在一次实验中，通过飞片撞击分别 安装于多个样品祀上的第一样品层和第二样品层，使得样品祀上的样品具有相同的初始加 载速度，实现对拉伸应力幅值的解禪。同时，由于样品祀为第一样品层和第二样品层的组合 设计，同时保证样品祀具有相同的厚度，首先相同的厚度保证了样品祀的拉伸应变率相同， 实现了对冲击下拉伸应力幅值和拉伸应变率的解禪。利用较为简单的结构，实现了在一发 实验中对多个样品祀的拉伸应力持续时间单一因素的控制，能有效的提高实验效率，同时 获得同一损伤演化路径中的中间环节实验信息和数据。
[0030] W上所述的冲击实验装置，优选地，所述第一样品层的外廓尺寸大于所述第二样 品层的外廓尺寸，所述第二样品层呈圆台状，所述第二样品层远离所述回收装置一侧的外 廓尺寸小于所述第二样品层靠近所述回收装置一侧的外廓尺寸。
[0031] 进行冲击实验的时候，第一样品层与飞片发生撞击，将冲击波传递到第二样品层 上，将第一样品层和第二样品层采用上述设置，使得第一样品层在受到冲击后，不会随第二 样品层移动，实现单独对第二样品层的回收，避免第一样品层随第二样品层一同运动回收， 对第二样品层的回收造成影响，影响实验数据结构的采集和收集。
[0032] W上所述的冲击实验装置，优选地，所述回收装置包括缓冲材料和回收舱盖，所述 回收舱盖嵌入所述回收口，所述缓冲材料贴合所述回收舱盖设置。
[0033] 通过缓冲材料和回收舱盖对样品祀进行回收，样品祀落入到缓冲材料上，通过缓 冲材料吸收样品祀的能量，实现对缓冲材料的软回收，当样品祀完全停止后，打开回收舱 盖，便可W将第二样品层从缓冲材料中回收。通过缓冲材料减速，回收舱盖实现对第二样品 层的回收，效率高，同时不会对第二样品层造成破坏，保证了实验效果。
[0034] W上所述的冲击实验装置，优选地，所述样品祀还包括探针，所述探针穿设在所述 样品回收舱盖中部，所述缓冲材料设有用于所述探针光信号测试的通孔。
[0035] 当飞片撞击在样品上，触发测试系统，通过探针的光信号能够及时准确的采集第 二样品层的飞行速度数据，便于对实验进行数据分析。
[0036] W上所述的冲击实验装置，优选地，所述冲击实验装置还包括对照冲击实验组，所 述对照冲击实验组包括对照样品祀、对照样品回收舱和对照样品回收装置，所述对照样品 回收舱的一端开设有对照样品回收口，所述对照样品回收口与所述对照样品回收舱连通， 所述对照样品祀嵌设在所述对照样品回收口内，所述对照样品回收舱内设有对照样品回收 装置，所述对照冲击实验组嵌设在所述样品祀口内，所述对照样品祀与所述飞片撞击的一 侧与所述第一样品层与所述飞片撞击的一侧位于同一平面。
[0037] 设置对照冲击实验组，能够为实验提供基础的参考数据，通过与参考数据的比对 能够更加直观和明显的观察出拉伸应力持续时间对于层裂现象的影响。
[0038] W上所述的冲击实验装置，优选地，所述样品回收装置包括样品缓冲材料和样品 回收舱盖，所述样品回收舱盖嵌入所述对照样品回收口，所述样品缓冲材料贴合所述样品 回收舱盖设置。通过样品缓冲材料和样品回收舱盖对第二样品层进行回收，第二样品层落 入到样品缓冲材料上，通过样品缓冲材料吸收第二样品层的动能，实现对第二样品层的软 回收，当第二样品层完全停止后，打开样品回收舱盖，便可W实现对第二样品层的取出。
[0039] 相对于现有技术，本发明提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法包括W下 有益效果:在本发明中，将飞片同时与多个样品祀进行冲击撞击，多个样品祀总厚度相同， 使得多个样品祀受到相同的初始加载速度，运样，就使得拉伸应力幅值均相同。同时，在进 行撞击的时候，由飞片和样品祀的碰撞面分别向飞片和样品祀内产生一个冲击波，当冲击 波分别达到各自的自由面时，将反射中屯、稀疏波，两组中屯、稀疏波相向传播，并在样品祀内 相遇，样品祀内部进入拉伸应力状态。当样品祀内左行稀疏波到达样品祀与飞片界面时，将 再次反射成右行的压缩波，并对拉伸应力状态进行卸载，该压缩波所到之处应力变为零，终 止了损伤发展，样品祀中拉伸应力持续时间将停止，当样品祀采用分层设计时，样品祀由两 层组成，第一样品层与第二样品层之间的相贴合接触面的设计会使稀疏波在贴合面反射形 成压缩波，即拉伸应力的卸载提前，通过改变第一样品层与第二样品层之间的厚度差，即改 变了拉伸应力的卸载时间，从而实现对拉伸应力时间的控制，而样品祀的总厚度相同和受 到的拉伸应力幅值相同，则保证了在进行冲击实验时，每个样品祀受到的拉伸应变率保持 一致。通过本发明提供的实验方法，成功的将拉伸应力持续时间作为单一变量，实现了冲击 实验中，将拉伸应力持续时间从拉伸应力幅值和拉伸应变率中解禪出来，利用简单的实验， 实现了在实验中对多个样品祀的拉伸应力持续时间单一因素的控制，能有效的提高实验效 率，同时获得同一损伤演化路径中的中间环节实验信息和数据，准确获得拉伸应力持续时 间单一变量对层裂现象的影响。
【附图说明】
[0040] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0041] 图1是本发明第一实施例提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法的示意 图；
[0042] 图2是本发明第=实施例提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法采用的冲 击实验装置的示意图。
[0043] 其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：飞片101，分界面102,第一样品 层103，第二样品层104，碰撞冲击波105，右行稀疏波106，左行稀疏波107，拉伸应力持续时 间108,右行压缩波109,回收套筒110,回收腔111，回收口 112,回收装置113,样品回收舱 114,碰撞面115。
【具体实施方式】
[0044] 目前，层裂实验中普遍采用的方案是过改变飞片或者样品厚度(或者两者同时变 化），来实现对拉伸应力持续时间的控制进行实验，但是实验中拉伸应力持续时间的变化所 引起的层裂变化和理论拉伸应力持续时间变化相同的值所引起的层裂变化相比存在较大 偏差，严重影响实验的准确性，W及对数据进行后续分析和研究。
[0045] 本发明提供了一种W拉伸应力持续时间为变量的实验方法来改善上述问题。
[0046] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0047] 本发明中第一、第二、第S等均为区别示意，并不是限定。
[0048] 图1是本发明第一实施例提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法的示意 图；如图1所示，本发明第一实施例提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法，包括：
[0049] Sl.制备多个飞片101，多个所述飞片101的材质均相同。
[0050] S2.制备多个样品祀，每个所述样品祀包括第一样品层103和第二样品层104,所述 第一样品层103与所述飞片101发生碰撞，所述第一样品层103和所述第二样品层104贴合， 所述第一样品层103与所述第二样品层104材质相同，所述第一样品层103的厚度小于所述 第二样品层104的厚度，多个所述样品祀的总厚度和材质均相同，多个所述样品祀的第一样 品层103的厚度不相同。
[0051 ] S3.每个飞片101与多个样品祀对应，构成一个冲击实验组，每个冲击实验组的多 个样品祀相邻设置，多个样品祀的第一样品层103与飞片101发生碰撞的一侧位于同一平 面。
[0052] S4.对每个冲击实验组进行冲击实验，用每个冲击实验组中的飞片101撞击每个冲 击实验组中对应的多个样品祀，多个冲击实验组中的飞片101均W相同的速度撞击对应的 样品祀。
[0053] 经过
【申请人】长期研究、反复推断和实验之后，发现造成实验误差的主要原因是通 过改变飞片101或者样品的厚度(或者两者同时改变)来调控拉伸应力持续时间，加载于样 品祀的拉伸应变率也随之变化，而运种变化对损伤演化过程的影响难W精确评估。实验所 得的自由面速度信息W及回收样品的损伤程度和断裂特征信息，是拉伸应力持续时间和拉 伸应变率综合作用的结果，两个因素对损伤的过程和终态信息产生影响，给理论分析带来 了极大的困难。如果能够在实验中单独调控拉伸应力持续时间运一单一因素，则有希望获 得同一损伤演化路径下的中间环节信息，极大的提高对材料损伤演化的研究能力和认识水 平。
[0054] 在本实施例中，将飞片101同时与多个样品祀进行冲击撞击，多个样品祀总厚度相 同，使得多个样品祀受到相同的初始加载速度，运样，在总厚度相同的情况下就使得拉伸应 力幅值均相同。在进行撞击的时候，由飞片101和样品祀的碰撞面115分别向飞片101和样品 革己内产生一个碰撞冲击波105,碰撞冲击波105分别达到飞片101和第二样品层104的自由 面，分别形成右行稀疏波106和左行稀疏波107,两组稀疏波相向传播，并在样品祀内相遇， 样品祀内部进入拉伸应力状态。当样品祀内左行稀疏波107到达一个分界面的时候，将再次 反射成向右行压缩波109,并对拉伸应力状态进行卸载，该右行压缩波109所到之处应力变 为零，终止了损伤发展，样品祀中拉伸应力持续时间将停止。当样品祀采用分层设计时，样 品祀由两层组成，第一样品层103与第二样品层104之间的相贴合接触面构成一个分界面 102,会使稀疏波在第一样品层103与第二样品层104的分界面102反射形成右行压缩波109， 对拉伸应力进行卸载，将拉伸应力持续时间停止，即拉伸应力的卸载提前。通过改变第一样 品层103与第二样品层104之间的厚度差，改变了反射的右行压缩波109的反射时间，即改变 了拉伸应力的卸载时间，从而实现对拉伸应力时间的控制。而样品祀的总厚度相同和受到 的拉伸应力幅值相同，则保证了在进行冲击实验时，每个样品祀受到的拉伸应变率保持一 致。通过本发明提供的实验方法，实现了冲击实验中，将拉伸应力持续时间从拉伸应力幅值 和拉伸应变率中解禪出来，利用简单的实验，实现了对多个样品祀的拉伸应力持续时间的 单一变化控制，能有效的提高实验的准确率，同时获得同一损伤演化路径中的中间环节实 验信息和数据，准确得出W拉伸应力持续时间为单一变量对层裂现象的影响。
[0055] 本发明第二实施例提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法是在第一实施 例的基础上，进一步地，
[0056] Sl.制备多个飞片101，多个所述飞片101的材质均相同。
[0057] S2.制备多个样品祀，每个所述样品祀包括第一样品层103和第二样品层104,所述 第一样品层103与所述飞片101发生碰撞，所述第一样品层103和所述第二样品层104贴合， 所述第一样品层103与所述第二样品层104材质相同，所述第一样品层103的厚度小于所述 第二样品层104的厚度，多个所述样品祀的总厚度和材质均相同，多个所述样品祀的第一样 品层103的厚度不相同。
[005引S2还包括，根据每个所述样品祀中的所述第一样品层103与所述第二样品层104的 厚度差与拉伸应力持续时间的对应关系，利用公^^
其中，t为拉伸应力持续时间
[0化9] hi为第一样品层103的厚度
[0060] h2为第二样品层104的厚度
[0061] C为材料的平均声速
[0062] 设置不同的第一样品层103和第二样品层104的厚度差，从而确定相应的拉伸应力 持续时间。为了便于实验人员进行观察和实验，尽可能让拉伸应力持续时间维持在所关注 的时间尺度范围内，即便于研究人员获得对层裂演化过程的认识。通过对第一样品层103和 第二样品层104的厚度差进行控制进而达到对拉伸应力持续时间的控制，使得对拉伸应力 持续时间的控制更加简单和便捷，便于实验人员进行操作。
[0063] S3.每个飞片101与多个样品祀对应，构成一个冲击实验组，每个冲击实验组的多 个样品祀相邻设置，多个样品祀的第一样品层103与飞片101发生碰撞的一侧位于同一平 面。
[0064] S4.对每个冲击实验组进行冲击实验，用每个冲击实验组中的飞片101撞击每个冲 击实验组中对应的多个样品祀，多个冲击实验组中的飞片101均W相同的速度撞击对应的 样品祀。
[00化]S5.包括利用任意反射面的速度干设仪(VISAR，Velocity interferometer system for any reflector)^时间为横轴，W自由面粒子速度为纵轴，诊断并绘制自由面粒子速 度-时间图，从图中采集自由面粒子速度的最大值与第一个极小值的差值记为Au,采集自 由面粒子速度的最大值到第一个极小值所经历的时间记为A t，通过公
[0066] 其中担为拉伸应变率
[0067] Cb为材料体波声速
[0068] A U为自由面粒子速度的最大值与第一个极小值的差值
[0069] At为A U段所经历的时间
[0070] 计算出不同样品祀的拉伸应变率。
[0071] 在本实施例中优选地，利用任意反射面的速度干设仪（VI S A R，V e 1 O C i t y inte;rfe;rometer system for any reflector)记录样品勒!的自由面粒子速度随时间的变 化。任意反射面的速度干设仪对自由面粒子速度进行测量，效率高、准确性强。通过对获得 样品损伤程度、微结构和断裂特征运些信息采集后，能够对运些数据进行分析，控制拉伸应 变率的变化，同时便于提供准确的实验数据，观察和分析不同的拉伸应力持续时间作为单 一变量所引起的层裂现象的差异。
[0072] 本实施例中还包括设置对照实验组进行冲击实验，所述对照实验组包括对照飞片 101和对照样品祀，所述对照飞片101与所述飞片101的厚度和材质均相同，所述对照样品祀 的总厚度和材质与所述样品祀的总厚度和材质均相同，用所述对照飞片101撞击所述对照 样品祀，所述对照飞片101的速度与每个冲击实验组进行冲击实验时飞片101的速度均相 同。通过对照实验组能够得到一个基础数据，通过实验组和对照组的数据进行比对，能够更 加清楚的比对分析出不同拉伸应力持续时间对层裂的影响。
[0073] 图2是本发明第=实施例提供的W拉伸应力持续时间为变量的实验方法采用的冲 击实验装置的示意图。如图2所示，本发明第=实施例提供了一种应用于W上实施例的冲击 实验装置，包括飞片101、回收套筒110和样品祀，所述回收套筒110内设有回收腔111，所述 回收套筒110的一端开设有多个样品祀口，所述样品祀口与所述回收腔111连通，所述回收 套筒110的另一端设有回收口 112,所述回收口 112与所述回收腔111连通，所述回收口 112设 有用于回收样品祀的回收装置113。
[0074] 每个所述样品祀包括第一样品层103、第二样品层104和样品回收舱114,所述样品 回收舱114的一端设有开口，所述第一样品层103和所述第二样品层104嵌设在所述开口内， 所述第一样品层103设置在所述样品回收舱114外侧，用于与所述飞片101发生碰撞，所述第 二样品层104设置在所述样品回收舱114内侧，所述第一样品层103和所述第二样品层104贴f 合设置，所述第一样品层103与所述第二样品层104材质相同，所述第一样品层103的厚度小 于所述第二样品层104的厚度，所述样品回收舱114内设有用于回收第二样品层104的样品 回收装置113。
[0075] 多个所述样品祀的第一样品层103的厚度不相同，多个所述样品祀嵌设在所述样 品祀口内，多个所述样品祀的总厚度和材质均相同，多个所述样品祀的第一样品层103与飞 片IOI发生碰撞的一侧位于同一平面。
[0076] 多个样品祀的设有第一样品层103和第二样品层104,多个样品祀的总厚度相同， 同时，多个样品祀同时受到飞片101的撞击，样品祀受到的冲击速度相同，能够保证拉伸应 变率不变，通过第一样品层103的厚度和第二样品层104的厚度差改变，改变了压缩波的卸 载时间，使得样品祀内拉伸应力持续时间也相应改变。同时，多个样品祀并列设置，运样大 大提高了实验效率，飞片101-次撞击能够同时与多个样品祀发生撞击，保证了多个样品祀 受到飞片101的相同的碰撞速度，提高了实验进行的效率，同时克服了环境因素对撞击速度 的的影响，进而保证了多个样品祀受到的拉伸应力幅值相同。
[0077] 在本实施例中，将=个样品祀环形阵列布置在回收套筒110上，环形阵列使得=个 样品祀受到的冲击力更加均匀，避免出现偏载的情况。在一次实验中，通过飞片101撞击分 别安装于=个样品祀上的第一样品层103和第二样品层104,使得样品祀上的第一样品层 103和第二样品层104具有相同的初始加载速度，同时样品祀的总厚度相同，实现对拉伸应 力幅值的解禪。由于样品祀为第一样品层103和第二样品层104的组合设计，保证样品祀具 有相同的总厚度，相同的总厚度和相同的碰撞速度保证了样品祀的拉伸应变率相同。本实 验实现了对冲击下拉伸应力幅值和拉伸应变率的解禪，而不同样品祀中第一样品层103和 第二样品层104的厚度差不同，使得各个样品祀的拉伸应力持续时间不同，本实施例利用较 为简单的结构，实现了在实验中对多个样品祀的拉伸应力持续时间的单一变化的控制，能 有效的提高实验效率和准确性，能够获得同一损伤演化路径中的中间环节准确实验信息和 数据。
[0078] S个样品回收舱114采用圆周阵列，均匀布置在回收套筒110上。安装过程中，S个 样品祀的第一样品层103的端面保持在同一平面上，确保与飞片101碰撞的同步性。碰撞发 生W后，受损的第二样品层104分别进入各自的样品回收舱114内部。回收套筒112后端安装 回收舱盖，配合缓冲材料对样品回收舱114回收。
[0079] 相邻样品祀还设有对照冲击实验组，样品祀和对照冲击实验组均设置在回收套筒 110上，对照冲击实验组的对照样品祀采用圆台设计，圆台的小端面与飞片101发生撞击，圆 台的大端面远离飞片101，碰撞后，样品祀和对照样品祀都经过一段自由飞行，分别与回收 套筒110内的缓冲材料接触并减速，确保回收的有效性。碰撞中，样品祀的第一样品层103外 轮廓大于第二样品层104外轮廓，同时第二样品层104采用圆台设计，第二样品层104的小端 面贴合第一样品层103,第二样品层104的大端面远离第二样品层104,使得第二样品层104 在受到冲击后更容易脱离回收套筒110。碰撞后，第一样品层103受到限位作用不发生移动， 第二样品层104从回收套筒110上脱离，进入样品回收舱114内，经过一段自由飞行，与样品 缓冲材料1157接触并减速，保证只对第二样品层104的完整回收，避免第一样品层103和第 二样品层104同时回收时，第一样品层103对第二样品层104的破坏。
[0080] 碰撞中，对照冲击实验组中的对照样品祀同时与飞片101发生撞击，对照样品祀落 入到对照样品回收舱114内的回收装置113,对所述对照样品祀进行回收。
[0081] 本发明的目的是充分利用物理设计，克服现有技术中多个动力学条件禪合给理论 分析带来的困难，通过解禪拉伸应力幅值和拉伸应变率，提供一种拉伸应力持续时间为单 一因素变量的动态实验方案，从而有效的获得更加准确的动态拉伸下材料的性能随拉伸应 力持续时间的演化数据。
[0082] 第一样品层103和第二样品层104贴合，产生一个不能承受任何拉伸应力的分界面 102,当飞片101撞击样品祀后，从撞击面分别向飞片101和样品祀各产生一个碰撞面冲击波 105,在飞片101内的碰撞面冲击波105的传播方向朝向飞片101的自由面，即飞片101远离碰 撞的一面，在样品祀内的碰撞面冲击波105的传播方向朝向样品祀的自由面，即样品祀中， 所述第二样品层104远离飞片101的一面。当运两个冲击波分别到达飞片101的自由面和第 二样品层104的自由面后，会发生反射，形成反射稀疏波，形成右行稀疏波106和左行稀疏波 107。同时波的传播方向发生改变，使得右行稀疏波106和左行稀疏波107在样品祀中相遇， 造成样品祀的拉伸区域。之后，当从第二样品层104的自由面反射的左行稀疏波107传播至 第一样品层103与第二样品层104的界面的时候，由于界面只能够承受压力而不能够承受拉 伸力，该束稀疏波将会在分界面102位置再次进行反射，形成压缩波109,同时压缩波109的 传播方向再次指向第二样品层104的自由面，该压缩波109所到之处应力变为零，终止了损 伤发展，通过改变第一样品层103和第二样品层104的厚度差，使得在第一样品层103和第二 样品层104进行反射的稀疏波形成的压缩波的形成时间也发生了改变，样品中拉伸应力持 续时间也相应改变，通过此种结构，实现了实验中对拉伸应力持续时间的控制的解禪。
[0083] 在本实施例中飞片101与样品祀的碰撞速度可根据实际情况所需要的拉伸应力幅 值选择。样品祀的第一样品层103和第二样品层104的厚度差可根据对样品损伤特性的时间 分辨率需求选择。
[0084] 本实施例基于现有的加载和诊断技术条件，实现了对冲击下拉伸应力幅值和拉伸 应变率的解禪。利用较为简单的结构，实现了在实验中对多个样品祀的拉伸应力持续时间 的单一变量的控制，能有效的提高实验效率，同时准确获得同一损伤演化路径中的中间环 节实验信息和数据。
[0085] W上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可W有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种以拉伸应力持续时间为变量的实验方法，其特征在于，包括：51. 制备多个飞片，多个所述飞片的材质均相同；52. 制备多个样品靶，每个所述样品靶包括第一样品层和第二样品层，所述第一样品层 与所述飞片发生碰撞，所述第一样品层和所述第二样品层贴合，所述第一样品层与所述第 二样品层材质相同，所述第一样品层的厚度小于所述第二样品层的厚度，多个所述样品靶 的总厚度和材质均相同，多个所述样品靶的第一样品层的厚度不相同；53. 每个飞片与多个样品靶对应，构成一个冲击实验组，每个冲击实验组的多个样品靶 相邻设置，多个样品靶的第一样品层与飞片发生碰撞的一侧位于同一平面；54. 对每个冲击实验组进行冲击实验，用每个冲击实验组中的飞片撞击每个冲击实验 组中对应的多个样品靶，多个冲击实验组中的飞片均以相同的速度撞击对应的样品靶。2. 根据权利要求1所述的以拉伸应力持续时间为变量的实验方法，其特征在于，所述以 拉伸应力持续时间为变量的实验方法还包括设置对照实验组进行冲击实验，所述对照实验 组包括对照飞片和对照样品靶，所述对照飞片与所述飞片的厚度和材质均相同，所述对照 样品靶的总厚度和材质与所述样品靶的总厚度和材质均相同，用所述对照飞片撞击所述对 照样品靶，所述对照飞片的速度与每个冲击实验组进行冲击实验时飞片的速度均相同。3. 根据权利要求1所述的以拉伸应力持续时间为变量的实验方法，其特征在于，在S2还 包括，根据每个所述样品靶中的所述第一样品层与所述第二样品层的厚度差与拉伸应力持 续时间的对应关系，利用公式< =其中，t为拉伸应力持续时间 hi为第一样品层的厚度 h2为第二样品层的厚度 C为材料的平均声速 设置不同的第一样品层和第二样品层的厚度差，从而确定相应的拉伸应力持续时间。4. 根据权利要求1所述的以拉伸应力持续时间为变量的实验方法，其特征在于，S4之后 包括利用任意反射面的速度干涉仪（VISAR，Velocity interferometer system for any reflector)以时间为横轴，以自由面粒子速度为纵轴，测试并绘制自由面粒子速度-时间 图，从图中采集自由面粒子速度的最大值与第一个极小值的差值记为Au，采集自由面粒子 速度的最大值到第一个极小值所经历的时间记为A t，通过公式^其中#为拉伸应变率 cb为材料体波声速 △ u为自由面粒子速度的最大值与第一个极小值的差值 At为AU段所经历的时间 计算出不同样品靶的拉伸应变率。5. -种应用于权利要求1-4任意一项所述的以拉伸应力持续时间为变量的实验方法的 冲击实验装置，其特征在于，包括飞片、回收套筒和样品靶，所述回收套筒内设有回收腔，所 述回收套筒的一端开设有多个样品靶口，所述样品靶口与所述回收腔连通，所述回收套筒 的另一端设有回收口，所述回收口与所述回收腔连通，所述回收口设有用于回收样品靶的 回收装置， 每个所述样品靶包括第一样品层、第二样品层和样品回收舱，所述样品回收舱的一端 设有开口，所述第一样品层和所述第二样品层嵌设在所述开口内，所述第一样品层设置在 所述样品回收舱外侧，用于与所述飞片发生碰撞，所述第二样品层设置在所述样品回收舱 内侧，所述第一样品层和所述第二样品层贴合设置，所述第一样品层与所述第二样品层材 质相同，所述第一样品层的厚度小于所述第二样品层的厚度，所述样品回收舱内设有用于 回收第二样品层的样品回收装置， 多个所述样品靶的第一样品层的厚度不相同，多个所述样品靶嵌设在所述样品靶口 内，多个所述样品靶的总厚度和材质均相同，多个所述样品靶的第一样品层与飞片发生碰 撞的一侧位于同一平面。6. 根据权利要求5所述的冲击实验装置，其特征在于，所述第一样品层的外廓尺寸大于 所述第二样品层的外廓尺寸，所述第二样品层呈圆台状，所述第二样品层远离所述回收装 置一侧的外廓尺寸小于所述第二样品层靠近所述回收装置一侧的外廓尺寸。7. 根据权利要求5所述的冲击实验装置，其特征在于，所述回收装置包括缓冲材料和回 收舱盖，所述回收舱盖嵌入所述回收口，所述缓冲材料贴合所述回收舱盖设置。8. 根据权利要求7所述的冲击实验装置，其特征在于，所述样品靶还包括探针，所述探 针穿设在所述样品回收舱盖中部，所述缓冲材料设有用于所述探针光信号测试的通孔。9. 根据权利要求5所述的冲击实验装置，其特征在于，所述冲击实验装置还包括对照冲 击实验组，所述对照冲击实验组包括对照样品靶、对照样品回收舱和对照样品回收装置，所 述对照样品回收舱的一端开设有对照样品回收口，所述对照样品回收口与所述对照样品回 收舱连通，所述对照样品靶嵌设在所述对照样品回收口内，所述对照样品回收舱内设有对 照样品回收装置，所述对照冲击实验组嵌设在所述样品靶口内，所述对照样品靶与所述飞 片撞击的一侧与所述第一样品层与所述飞片撞击的一侧位于同一平面。10. 根据权利要求9所述的冲击实验装置，其特征在于，所述样品回收装置包括样品缓 冲材料和样品回收舱盖，所述样品回收舱盖嵌入所述对照样品回收口，所述样品缓冲材料 贴合所述样品回收舱盖设置。
【文档编号】G01N3/30GK105954121SQ201610343557
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】裴晓阳, 贺红亮, 彭辉, 李平, 刘坤, 孔令尧, 于继东, 姚松林, 柏劲松
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所