【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密测试领域，特别涉及一种通过激光诱导等离子体生成并以此驱动弹性体形变带动压头冲击材料实现高应变率微纳米冲击压痕的测试方法。相较于霍普金森压杆、摆锤冲击等常规冲击测试方法，该方法为微观尺度下的冲击测试，具有通量高、应变率高、安全系数高的优点。
技术介绍
1、高应变率及高速冲击往往会导致材料内部温度、应力等参数发生快速变化，在天地往返高超声速飞行器、航空发动机、燃气轮机、核电装备等领域中，装备核心部件往往受到高速冲击的作用，高速冲击也成为了导致装备关键构件性能弱化甚至失效破坏的重要起因之一。因此,研究揭示高应变率冲击载荷作用下材料微观变形与损伤机制，是优化材料设计、提升材料性能、保障装备安全的前提，也是领域内亟待解决的前沿科学问题。
2、相比较在准静态下对材料进行的力学性能测试，高速冲击状态下获得的参数更具有描述材料在实际工况下性能的能力。遗憾的是，虽然经过发展，目前已经拥有了几种冲击测试方法，但其在应变率上限、测试尺度、测试通量以及安全性方面存在不同的限制。如霍普金森压杆、激光驱动飞片技术、摆锤冲击以及弹道冲击等方法通常是在宏观尺度的样品(几毫米到几百毫米)上进行的，需要较高的冲击速度(每秒数百米)来产生较大的应变率且上述方法提供的测试结果中，应变率一般在104s-1时结束。电磁/压电驱动的微纳米冲击压痕测试方法，尽管具有高通量、安全、微尺度等优势，然而，其应变率往往也小于103s-1，且需要配合精度和采样频率较高的传感及采集设备并与复杂的数据后处理程序配合才能完成测试。激光冲击作为一种速度快、能量传递
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，解决了现有技术存在的问题。本专利技术通过激光诱导等离子体生成并以此驱动弹性体形变带动压头冲击材料实现高应变率微纳米冲击压痕的测试。
2、本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
3、激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法包括以下步骤：
4、(1)确定弹性体表面激光冲击位置，并在相应位置铺设吸收层；
5、(2)在吸收层表面放置透明约束层，构建由压头、弹性体、吸收层以及约束层组成的冲击部件；
6、(3)调整冲击部件位置使其位于激光焦点平面同时使激光光斑、压头及样品待冲击位置同轴；
7、(4)调整样品位置，使样品与压头尖端距离为0～1mm；
8、(5)调整激光器及高速相机参数，同步启动激光器及高速相机，进行基于激光驱动的高应变率微纳米冲击压痕测试，同时实时拍摄压头压入和弹出过程并测量速度特性。
9、激光对吸收层进行烧蚀并产生高温、高压的等离子体，等离子体膨胀受到约束层以及弹性体的约束使高强度冲击波向弹性体传递进而冲击弹性体使弹性体产生弹性变形，通过弹性势能到动能的转换带动压头对测试材料进行冲击，以此完成高应变率冲击压痕测试。
10、所述步骤(2)中压头包括标准玻氏金刚石压头、标准维氏金刚石压头以及不同直径的圆柱金刚石压头，压头由金刚石尖端及基座组成，基座直径为0～5mm，高度为1～2mm，重量为0.001～0.2g。
11、所述步骤(2)中弹性体材料为金属弹片。
12、所述步骤(2)中的约束层为厚度达到1～10mm的透明亚克力板或具有高冲击阻抗的bk-7玻璃。
13、所述步骤(5)中压入和弹出过程包括等离子体产生、弹性体弹性变形、压头压入及弹出。所测量速度包括弹性变形速度、压头冲击速度及回弹速度。
14、所述压头与弹性体之间的连接方式包括使用特殊金属粘合剂粘合、焊接以及机械连接。
15、所述吸收层厚度处于50～200μm这一范围内。
16、所述激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法可实现的应变率范围在103-106s-1。
17、激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，本专利技术的有益效果在于：通过综合激光冲击以及弹性变形机理，获得了一种微观尺度下，应变率高、安全以及高效的微纳米冲击压痕测试方法，有效解决了如霍普金森压杆、摆锤及弹道冲击等常规测试方法面临的测试尺度为宏观测试、应变率低、测试通量低以及安全系数低等问题，为高应变率冲击载荷作用下材料微观变形与损伤机制研究提供了新的方法。
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1.一种激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，其特征在于：所述压头与弹性体之间的连接方式包括使用金属粘合剂粘合、焊接以及机械连接。
3.根据权利要求1所述激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，其特征在于：所述吸收层厚度处于50～200μm这一范围内。
4.根据权利要求1所述激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，其特征在于：该方法实现的应变率范围在103-106s-1。
【技术特征摘要】
1.一种激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述激光驱动高应变率微纳米冲击压痕测试方法，其特征在于：所述压头与弹性体之间的连接方式包括使用金属粘合剂粘合、焊接以及机械连接。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄虎，张旭，王超，衣春学，张洪洋，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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