基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法与流程

本申请属于冲压动载荷样品试验，具体涉及基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法。

背景技术：

1、霍普金森压杆是一种检测冲压动载荷样品动态力学性能的装置，霍普金森压杆主要包括驱动装置、撞击杆、入射杆、透射杆、能量吸收装置和数据采集系统组成。冲压动载荷样品被夹在入射杆和透射杆之间。撞击杆从驱动装置中射出，撞击入射杆，在入射杆中形成一个压力脉冲，即入射波，压力脉冲在入射杆中向前传播，当传送至入射杆与冲压动载荷样品界面时，由于冲压动载荷样品材料和透射杆材料的惯性效应，整个冲压动载荷样品将被压缩。同时，由于杆与冲压动载荷样品之间的波阻抗差异，入射波被部分反射为反射波还由贴在入射杆上的电阻应变片测得，透射波由透射杆上的电阻应变片测得，由测得的入射波、反射波和透射波就可以处理得到材料的形变和破坏情况，获得材料的动态力学性能数据。

2、常见的霍普金森压杆中的驱动装置主要分为高压气体加载和电磁加载两种，用高压气体加载的驱动装置不足之处在于危险性较高，且输出的高压气体可控性低，无法精确控制撞击杆的撞击速度，因此需要多次实验才能得到所需的应变率。而电磁加载的驱动装置虽然能精确控制撞击杆的速度，但其仍然是通过撞击杆推动入射杆以机械运动的方式形成冲击，电磁加载的驱动装置技术复杂，造价昂贵，且电磁斥力的大小受到电路结构参数的影响，电磁铆接技术产生应力波主要是通过电磁斥力加速驱动碰撞杆与入射杆发生碰撞，再次实验时需要对碰撞杆进行重新安装，操作繁琐。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法，解决了现有技术中通过高压气体加载的驱动装置存在危险性较高、以及通过电磁加载的驱动装置存在操作繁琐和造价昂贵的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法，包括导向管、能量收集器、冲击波产生装置、以及依次设置的输出体、入射杆、冲压动载荷样品、透射杆和吸收杆；

3、所述导向管的接收端连接于所述能量收集器的作业侧，所述能量收集器的作业侧的内表面和所述导向管的接收端形成能量转换腔；

4、所述冲击波产生装置的金属丝、以及所述输出体均设置于所述能量转换腔内，所述能量转换腔内充满水；

5、所述输出体安装于所述导向管的接收端，所述输出体的能量收集端和所述能量收集器的所述内表面相对设置，所述输出体的能量输出端抵接于所述入射杆的端部，所述冲压动载荷样品夹持于所述入射杆和所述透射杆之间。

6、在一种可能的实现方式中，所述能量收集器的所述内表面为抛物面，所述冲击波产生装置的金属丝位于所述抛物面的焦点处。

7、在一种可能的实现方式中，所述导向管的接收端弹性连接于所述能量收集器的作业侧。

8、在一种可能的实现方式中，所述导向管的接收端设置有弹性体，所述弹性体为喇叭状结构，所述弹性体的大口端通过固定环安装于所述能量收集器的作业侧的端面上。

9、在一种可能的实现方式中，所述输出体包括相连接的锥状体和柱状体，所述锥状体的自由端为所述能量收集端，所述柱状体的自由端为所述能量输出端；

10、所述锥状体侧壁的弧面和所述弹性体内壁的弧面抵接，所述柱状体的自由端穿过所述弹性体的小口端后抵接于所述入射杆的端部。

11、在一种可能的实现方式中，所述导向管的内壁设置有有安装环，所述安装环的内壁设置有内螺纹，所述柱状体的前部设置有外螺纹；

12、所述柱状体的端部穿过所述弹性体的小口端后和所述安装环螺纹连接。

13、本发明实施例还提供了基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法，包括以下步骤：

14、通过冲击波产生装置使金属丝在能量转换腔内电爆炸，金属丝电爆炸形成球面波；

15、球面波的前射冲击波作用于输出体，输出体收集冲击波的能量后将能量通过入射杆加载到冲压动载荷样品，随后经过透射杆和吸收杆吸收多余能量，实现对冲压动载荷样品的加载试验。

16、在一种可能的实现方式中，球面波的后射冲击波经能量转换腔后部的抛物面的反射形成平面波，平面波作用于输出体，输出体收集冲击波的能量后将能量通过入射杆加载到冲压动载荷样品；

17、通过抛物面的弧度来调节平面波到达输出体的时间，进而实现入射杆上的应力波形的调整。

18、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

19、本发明实施例提供了基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法，该试验平台使用时，冲击波产生装置的金属丝能够在充满水的能量转换腔内电爆炸，电爆炸会产生强柱面冲击波，强柱面冲击波随后演化成球面波，球面波的前射冲击波直射输出体，输出体收集冲击波的能量后将能量通过入射杆加载到冲压动载荷样品，随后经过透射杆和吸收杆吸收多余能量，实现对冲压动载荷样品的加载试验。本发明通过冲击波产生装置能够产生强柱面冲击波，强柱面冲击波的能量安全性高，且可控性高，能够较为简单地控制入射杆接收到的能量，因此便于得到所需的应变率，本发明的试验平台结构简单，造价低，占地面积小，便于安装和操作，因此能够满足霍普金森压杆应力波试验需求。本发明解决了现有技术中通过高压气体加载的驱动装置存在危险性较高、以及电磁加载的驱动装置存在操作繁琐和造价昂贵的问题。

技术特征：

1.一种基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，其特征在于：包括冲压动载荷样品(1)、导向管(2)、能量收集器(3)、冲击波产生装置(5)、以及依次设置的输出体(6)、入射杆(7)、透射杆(11)和吸收杆(12)；

2.根据权利要求1所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，其特征在于：所述能量收集器(3)的所述内表面为抛物面(31)，所述冲击波产生装置(5)的金属丝(54)位于所述抛物面(31)的焦点处。

3.根据权利要求1所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，其特征在于：所述导向管(2)的接收端弹性连接于所述能量收集器(3)的作业侧。

4.根据权利要求3所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，其特征在于：所述导向管(2)的接收端设置有弹性体(8)，所述弹性体(8)为喇叭状结构，所述弹性体(8)的大口端通过固定环(9)安装于所述能量收集器(3)的作业侧的端面上。

5.根据权利要求4所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，其特征在于：所述输出体(6)包括相连接的锥状体(63)和柱状体(64)，所述锥状体(63)的自由端为所述能量收集端(61)，所述柱状体(64)的自由端为所述能量输出端(62)；

6.根据权利要求5所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，其特征在于：所述导向管(2)的内壁设置有有安装环(10)，所述安装环(10)的内壁设置有内螺纹，所述柱状体(64)的前部设置有外螺纹；

7.一种基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验方法，其特征在于：球面波的后射冲击波经能量转换腔(4)后部的抛物面(31)的反射形成平面波，平面波作用于输出体(6)，输出体(6)收集冲击波的能量后将能量通过入射杆(7)加载到冲压动载荷样品(1)；

技术总结本申请公开了基于脉冲放电驱动的霍普金森压杆应力波试验平台及方法，该试验平台的导向管的接收端连接于能量收集器的作业侧，能量收集器的作业侧的内表面和导向管的接收端形成能量转换腔；冲击波产生装置的金属丝、以及输出体均设置于能量转换腔内，能量转换腔内充满水；输出体安装于导向管的接收端，输出体的能量收集端和能量收集器的内表面相对设置，输出体的能量输出端抵接于入射杆的端部，冲压动载荷样品夹持于入射杆和透射杆之间。本申请解决了现有技术中通过高压气体加载的驱动装置存在危险性较高、以及通过电磁加载的驱动装置存在操作繁琐和造价昂贵的问题。技术研发人员：董帅,李树学,高硕,申鑫浩,卢勇,毛景毅,李德永,李继,巴特尔,石永利,郑安,杨立勇,张集,吕滋涛,崔铭,李刚,宋明岩,赵耀忠,赵有志,张永民受保护的技术使用者：华能伊敏煤电有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2