测试材料动态力电耦合性能的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种测试材料动态力电耦合性能的装置，其包括：同轴顺序连接的应力波产生器、入射杆、透射杆，其中入射杆和透射杆之间夹持有试样；应力波产生器产生拉伸应力波，拉伸应力波作为入射应力波沿入射杆传播并对试样进行加载，入射应力波的一部分在入射杆中形成反射应力波，入射应力波的另一部分通过试样进入透射杆中形成透射应力波，试样在加载过程中产生形变；数据采集器采集入射杆和透射杆上的应力波信号；计算模块根据应力波信号计算出试样的工程应变率、工程应变和工程应力，并根据试样的工程应变率、工程应变和工程应力得到试样的真实应变率、真实应变和真实应力。通过本发明专利技术能够得到动态加载下材料应力

【技术实现步骤摘要】
测试材料动态力电耦合性能的装置


[0001]本专利技术涉及材料的动态力电耦合测试技术，尤其涉及一种测试材料动态力电耦合性能的装置。

技术介绍

[0002]工程材料在服役过程中，多会经历严峻的动态载荷，如汽车撞击、鸟撞飞机、甚至航空航天与国防领域的侵彻和穿甲，这对材料的动态力学响应及其过程中损伤和失效机理研究提出了要求。随着先进聚合物材料的发展，聚合物及其复合材料在相关领域广泛应用，比如典型的聚合物材料之一的橡胶高分子由于比强度高，韧性高，耐疲劳性好等优良的机械性能，被广泛应用于航空航天、交通运输、医疗器械等领域。因此，聚合物材料的动态响应特征及其损伤等的研究日益受到来自于科学和工业界研究者的重视。此外，材料的多功能化也成为工业发展的新趋势，为了使橡胶高分子材料满足一些既要求导电性又要求良好柔韧性的电气应用场合的需求，导电橡胶材料开始诞生。它是将导电粒子通过一定工艺填充到橡胶基体中而制备的一种复合型功能材料。其作为一种具备损伤原位监测能力的传感器具有广泛的应用前景。然而在导电橡胶材料的服役历程中，往往面临如高速振动、离散元撞击等载荷工况，由于橡胶材料本身具有较为明显的应变率强化效应，在高加载速率下的力学响应及变形模式与准静态载荷下存在明显区别。这些区别又会对导电橡胶中导电粒子的分布与导电网络的形成带来影响，从而导致材料的电学响应也随着加载速率的变化而变化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种测试材料动态力电耦合性能的装置，以解决现有技术无法实现高应变率下材料损伤原位监测能力的问题。
[0004]为了解决上述问题，根据本专利技术实施例提出一种测试材料动态力电耦合性能的装置，其包括：同轴顺序连接的应力波产生器、入射杆、透射杆，其中所述入射杆和所述透射杆之间夹持有试样；所述应力波产生器产生拉伸应力波，所述拉伸应力波作为入射应力波沿所述入射杆传播并对所述试样进行加载，所述入射应力波的一部分在所述入射杆中形成反射应力波，所述入射应力波的另一部分通过所述试样进入所述透射杆中形成透射应力波，所述试样在加载过程中产生形变；数据采集器，用于采集所述入射杆和所述透射杆上的应力波信号；计算模块，用于根据所述应力波信号计算出所述试样的工程应变率、工程应变和工程应力，并根据所述试样的工程应变率、工程应变和工程应力得到所述试样的真实应变率、真实应变和真实应力。
[0005]其中，所述计算模块还用于，根据预先得到的所述试样在变形前的电阻、电阻率、长度和横截面面积，以及所述试样在变形过程中的电阻和工程应变，计算所述试样在变形过程中的电阻率。
[0006]其中，还包括：分压电阻器，其中所述分压电阻器的阻值和所述试样在变形前的电
阻成比例，所述数据采集器还用于，采集所述试样在变形过程中的电压；所述计算模块还用于，根据所述分压电阻器的电阻、所述试样在变形过程中的电压和电源电压，计算所述试样在变形过程中的电阻。
[0007]其中，所述试样为哑铃型试样，所述哑铃型试样包括夹持段和标距段，所述试样在变形过程中的电阻由所述标距段的电阻确定。
[0008]其中，所述应力波产生器包括：波导杆、撞击杆、法兰和波形整形器，所述撞击杆套设在所述波导杆的外部；其中，所述撞击杆撞击所述法兰，在所述法兰中形成一列压缩应力波并经过所述法兰的反射成拉伸应力波，所述拉伸应力波经过所述波导杆传向所述入射杆，应力波的幅值与撞击速度成正比。
[0009]其中，所述应力波产生器还包括：设置在所述波导杆和所述法兰之间的波形整形器，所述波形整形器用于过滤应力波中的高频分量，减小波传播过程的弥散效应，保证所述试样中的应力平衡和变形均匀，以实现常应变率加载。
[0010]其中，所述撞击杆的长度根据所述应力波脉冲宽度和应力波在入射杆中传播的波速确定。
[0011]其中，所述撞击杆、所述波导杆和所述入射杆采用相同的材料制作，所述撞击杆、所述波导杆和所述入射杆的弹性模量大于所述透射杆的弹性模量。
[0012]根据本专利技术的技术方案至少具有以下效果之一：
[0013]1、本申请基于霍普金森拉杆实验技术，通过数据采集器同时记录拉杆上应变片的应力波信号和试验两端的电压变化，从而实现对导电橡胶电阻变化的原位测量，能够获得导电材料在动态加载下内部电阻率随试样变形的变化规律。
[0014]2、本申请针对导电可测材料结合霍普金森拉杆实验技术开展材料在高应变率动态加载下的力电耦合测试，基于拟开展材料的响应特征和加载要求，设计特定的电阻测量电路参数，实现力电耦合响应特征加载和测试。针对不同类型导电聚合物本身电阻差异较大的特点，选用最优的电阻测量电路参数，使得测量得到得电压信号对试样得电阻变化表现灵敏。
[0015]3、本申请选用的透射杆材质和物理参数可不同于入射杆，可基于测试试样材料性能、所期望的加载应变率和应变开展优化设计，针对本案例的导电橡胶复合材料(相较于金属材料，该材料为低阻抗材料)选用低阻抗有机玻璃杆，利用其低阻抗特征可以有利于获得导电橡胶复合材料力学信息的高精度采集。
[0016]4、通过数据采集器同时记录拉杆上应变片的应力波信号和试样两端的电压变化，实现了材料力电耦合测量，并可得到动态加载下材料应力
‑
电阻率
‑
应变耦合响应关系。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1和图2分别是根据本专利技术实施例的装置的示意图；
[0019]图3是根据本专利技术实施例的试样的示意图；
[0020]图4是根据本专利技术实施例的分压电路的示意图；
[0021]图5是根据本专利技术实施例的应力
‑
电阻率
‑
应变关系的示意图。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]以下结合附图，详细说明本专利技术各实施例提供的技术方案。
[0024]根据本专利技术实施例提供了一种测试材料动态力电耦合性能的装置，可以测试材料在动态高应变率(500s
‑1～5000s
‑1)加载下的力电耦合响应性能。参考图1和图2，所述装置包括：同轴顺序连接的应力波产生器、入射杆5、透射杆6。应力波产生器用于产生压缩应力波，所述应力波产生器包括：波导杆1、套筒式撞击杆2、法兰3和波形整形器4。其中波导杆1为圆柱形长直杆，材料为高强钢。撞击杆2为套筒式撞击杆，套接在波导杆1的外部，波导杆1的近端与法兰3连接，在波导杆1和法兰3之间设置有波形整形器4，波形整形器4的制作材料可以选用紫铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试材料动态力电耦合性能的装置，其特征在于，包括：同轴顺序连接的应力波产生器、入射杆、透射杆，其中所述入射杆和所述透射杆之间夹持有试样；所述应力波产生器产生拉伸应力波，所述拉伸应力波作为入射应力波沿所述入射杆传播并对所述试样进行加载，所述入射应力波的一部分在所述入射杆中形成反射应力波，所述入射应力波的另一部分通过所述试样进入所述透射杆中形成透射应力波，所述试样在加载过程中产生形变；数据采集器，用于采集所述入射杆和所述透射杆上的应力波信号；计算模块，用于根据所述应力波信号计算出所述试样的工程应变率、工程应变和工程应力，并根据所述试样的工程应变率、工程应变和工程应力得到所述试样的真实应变率、真实应变和真实应力。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算模块还用于，根据预先得到的所述试样在变形前的电阻、电阻率、长度和横截面面积，以及所述试样在变形过程中的电阻和工程应变，计算所述试样在变形过程中的电阻率。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：分压电阻器，其中所述分压电阻器的阻值和所述试样在变形前的电阻成比例，所述数据采集器还用于，采集所述试样在变形过程中的电压；所述计算模块还用于，根据所述分压电阻器的电阻、所述试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗应刚，李瑾，孟祥昊，贺贺，王永帅，邓琼，张睿恒，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：