專利名稱：一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，尤其涉及一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
工程材料的力學(xué)行為受到其應(yīng)力狀態(tài)的明顯影響，而在動(dòng)態(tài)加載條件下，材料的力學(xué)行為更與加載的速度(具體度量為應(yīng)變率)相關(guān)。材料硬度實(shí)驗(yàn)是工程界廣泛采用的材料力學(xué)性能的測(cè)試方法，其簡(jiǎn)單有效，而儀器化壓痕、納米壓痕實(shí)驗(yàn)技術(shù)則是傳統(tǒng)硬義測(cè)量的進(jìn)一步發(fā)展，可以測(cè)得壓入過(guò)程的變形與受力，但現(xiàn)有技術(shù)僅限于材料的靜態(tài)性能測(cè)試。 雖然也有采用動(dòng)態(tài)壓入的實(shí)驗(yàn)技術(shù)如常見(jiàn)的里氏、肖氏硬度計(jì)等，但它們僅具有形式上的 “動(dòng)態(tài)”，并不能真正測(cè)得材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。
目前也有采用霍普金森壓桿來(lái)進(jìn)行材料的動(dòng)壓痕實(shí)驗(yàn)測(cè)試，但現(xiàn)有的方法存在壓頭與壓桿的波阻抗失配、壓頭與壓桿聯(lián)接處在沖擊加載時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形等問(wèn)題，使得其實(shí)驗(yàn)中壓入量時(shí)程的測(cè)量誤差較大；又由于動(dòng)態(tài)力傳感器的支承方式，使得壓入力的測(cè)量不可避免地含有附加振蕩，從而影響到測(cè)量精度并且限制了其在較高加載速度下的運(yùn)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種測(cè)量精度高且方法簡(jiǎn)單的材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，包括以下具體步驟
(I)、取滿足一維應(yīng)力波條件的入射桿和透射桿，入射桿和透射桿的材料相同、直徑相等，在入射桿上朝向透射桿的一端端面以及透射桿上朝向入射桿的一端端面分別設(shè)置被測(cè)試件，并使被測(cè)試件與入射桿或透射桿滿足波阻抗匹配條件PsCsAs= P WciAtl，其中ps 表不被測(cè)試件的密度，Cs表不被測(cè)試件的一維應(yīng)力波波速,As表不被測(cè)試件的橫截面面積， P ο表示入射桿或透射桿的密度，C0表示入射桿或透射桿的一維應(yīng)力波波速，A0表示入射桿或透射桿的橫截面面積；
(2)、在兩個(gè)被測(cè)試件之間夾裝壓力球；
(3)、在入射桿上粘貼第一應(yīng)變片，在透射桿上粘貼第二應(yīng)變片，并將第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電連接，將超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)分別與數(shù)字示波器電連接；
(4)、用氣炮發(fā)射撞擊桿,撞擊桿撞擊入射桿,使得兩個(gè)被測(cè)試件與壓力球相互擠壓形成壓坑過(guò)程，同時(shí)粘貼在入射桿上的第一應(yīng)變片測(cè)得入射波的應(yīng)變信號(hào)SiU)和反射波的應(yīng)變信號(hào)L (t)，粘貼在透射桿上的第二應(yīng)變片測(cè)得透射波的應(yīng)變信號(hào)et(t);
(5)、將所測(cè)得的入射波的應(yīng)變信號(hào)ε i (t)、反射波的應(yīng)變信號(hào)ε r(t)和透射波的應(yīng)變信號(hào)et(t)通過(guò)以下關(guān)系式及處理過(guò)程
權(quán)利要求
1.一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括以下具體步驟 (1)、取滿足一維應(yīng)力波條件的入射桿和透射桿，入射桿和透射桿的材料相同、直徑相等，在入射桿上朝向透射桿的一端端面以及透射桿上朝向入射桿的一端端面分別設(shè)置被測(cè)試件，并使被測(cè)試件與入射桿或透射桿滿足波阻抗匹配條件P ,CsAs= P 0C0A0,其中P s表示被測(cè)試件的密度，Cs表示被測(cè)試件的一維應(yīng)力波波速，As表示被測(cè)試件的橫截面面積，P ^表示入射桿或透射桿的密度，Ctl表示入射桿或透射桿的一維應(yīng)力波波速，Atl表示入射桿或透射桿的橫截面面積； (2)、在兩個(gè)被測(cè)試件之間夾裝壓力球； (3)、在入射桿上粘貼第一應(yīng)變片，在透射桿上粘貼第二應(yīng)變片，并將第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電連接，將超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)分別與數(shù)字示波器電連接； (4)、用氣炮發(fā)射撞擊桿,撞擊桿撞擊入射桿，使得兩個(gè)被測(cè)試件與壓力球相互擠壓形成壓坑過(guò)程，同時(shí)粘貼在入射桿上的第一應(yīng)變片測(cè)得入射波的應(yīng)變信號(hào)ejt)和反射波的應(yīng)變信號(hào)L (t)，粘貼在透射桿上的第二應(yīng)變片測(cè)得透射波的應(yīng)變信號(hào)et(t); (5)、將所測(cè)得的入射波的應(yīng)變信號(hào)ei(t)、反射波的應(yīng)變信號(hào)L(t)和透射波的應(yīng)變信號(hào)ε t(t)通過(guò)以下關(guān)系式及處理過(guò)程Si(X1J)=S^t - X1 / C0) <Sr(X1J) = Sr {t + X1 / C0)(I)et(xn,t) = et(t + x2 / C0) 其中^為第一應(yīng)變片到入射桿與被測(cè)試件接觸端面I的距離，X2為第二應(yīng)變片到透射桿與被測(cè)試件接觸端面II的距離，SiOc1, t)表示入射桿與被測(cè)試件接觸端面I處的入射波應(yīng)變信號(hào)，ε r(xD t)表示入射桿與被測(cè)試件接觸端面I處的反射波應(yīng)變信號(hào)，ε t(x ，t)表示透射桿與被測(cè)試件接觸端面II處的透射波應(yīng)變信號(hào)； P* = A0E0 ( ε J (X1, t) + ε r (xI； t)) (2) 其中Ρ*表示在壓入過(guò)程開(kāi)始后，入射桿與被測(cè)試件接觸端面I處的壓力，在某一時(shí)刻將有Ρ*=0，記此時(shí)刻為t* ； 當(dāng)t < t*時(shí) ( ) = γ€0(ε,(X1J) - Sr(X1J) - St(XllJ)) <u{t) = yC0,/) - Sr(X1J) - et(xHJ))dt(3)P(0 = ^QEQst{x;1,1) 當(dāng)t>t*時(shí)
2.如權(quán)利要求I所述的一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于所述的被測(cè)試件的形狀為圓柱形，所述的被測(cè)試件的直徑大于所述的壓力球直徑的五倍，所述的被測(cè)試件的高度大于所述的壓力球半徑的五倍。
3.如權(quán)利要求I所述的一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于所采用的壓力球的材料為硬質(zhì)合金。
4.如權(quán)利要求I所述的一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于在透射桿的尾端設(shè)置吸收桿，并在吸收桿的后側(cè)設(shè)置吸能塊。
5.如權(quán)利要求4所述的一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于所述的吸能塊的材料為鉛。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種材料動(dòng)態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)方法，特點(diǎn)是先在入射桿上朝向透射桿的一端端面以及透射桿上朝向入射桿的一端端面分別固定設(shè)置被測(cè)試件，并在兩個(gè)被測(cè)試件之間夾裝壓力球，然后在入射桿上粘貼第一應(yīng)變片，在透射桿上粘貼第二應(yīng)變片，并將第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電連接，再撞擊桿撞擊入射桿，使得兩個(gè)被測(cè)試件與壓力球相互擠壓形成壓坑過(guò)程，最終通過(guò)處理后得到被測(cè)試件的壓入力和壓入位移的時(shí)程曲線；優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)該實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，避免了傳統(tǒng)方法在壓頭與壓桿聯(lián)接處的阻抗失配現(xiàn)象以及動(dòng)態(tài)加載時(shí)入射桿-壓頭聯(lián)接處局部產(chǎn)生塑性變形的問(wèn)題，故其測(cè)量精度高，實(shí)驗(yàn)的壓入速度最高可達(dá)30m/s以上。
文檔編號(hào)G01N3/48GK102928309SQ20121036633
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者宋力, 梁浩哲, 秦?zé)j, 趙坤, 任睿, 楊黎明 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)