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专利名称：一种材料动态压痕实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料性能的实验测试装置，尤其涉及一种材料动态压痕实验装置。
背景技术：
工程材料的力学行为受到其应力状态的明显影响，而在动态加载条件下，材料的力学行为更与加载的速度(具体度量为应变率)相关。材料硬度实验是工程界广泛采用的材料力学性能的测试方法，其简单有效，而仪器化压痕、纳米压痕实验技术则是传统硬义测量的进一步发展，可以测得压入过程的变形与受力，但现有技术仅限于材料的静态性能测试。虽然也有采用动态压入的实验技术如常见的里氏、肖氏硬度计等，但它们仅具有形式上的“动态”，并不能真正测得材料的动态力学特性。目前也有采用霍普金森压杆来进行材料的动压痕实验测试，但现有的方法存在压头与压杆的波阻抗失配、压头与压杆联接处在冲击加载时会产生局部塑性变形等问题，使得其实验中压入量时程的测量误差较大；又由于动态力传感器的支承方式，使得压入力的测量不可避免地含有附加振荡，从而影响到测量精度并且限制了其在较高加载速度下的运用。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量精度高且结构简单的材料动态压痕实验装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种材料动态压痕实验装置，包括撞击杆、超动态应变仪、数字示波器、计算机处理系统和满足一维应力波条件的入射杆、透射杆，所述的入射杆与所述的透射杆的材料相同、直径相等，所述的入射杆上粘贴有第一应变片，所述的透射杆上粘贴有第二应变片，所述的第一应变片和所述的第二应变片分别与所述的超动态应变仪电连接，所述的超动态应变仪和所述的计算机处理系统分别与所述的数字示波器电连接，所述的入射杆上朝向透射杆的一端端面以及所述的透射杆上朝向入射杆的一端端面分别设置有被测试件，两个所述的被测试件之间夹有压力球，所述的被测试件与所述的入射杆或透射杆满足波阻抗匹配条件PsCsAs=P AAtl，其中Ps表示被测试件的密度，Cs表示被测试件的一维应力波波速，As表示被测试件的横截面面积，P ^表示入射杆或透射杆的密度，Ctl表示入射杆或透射杆的一维应力波波速，Atl表示入射杆或透射杆的横截面面积。所述的被测试件的形状为圆柱形，所述的被测试件的直径大于所述的压力球直径的五倍，所述的被测试件的高度大于所述的压力球半径的五倍。所述的压力球的材料为硬质合金，如碳化钨。所述的透射杆的尾端设置有吸收杆，所述的吸收杆的后侧设置有吸能块，用以防止透射杆在撞击过程中被损坏。[0009]所述的吸能块的材料为铅。与现有技术相比，本实用新型的优点是通过该实验装置来测量材料的动态力学性能，避免了传统装置在压头与压杆联接处的阻抗失配现象以及动态加载时入射杆-压头联接处局部产生塑性变形的问题，故其测量精度高，且采用该实验装置其实验的压入速度最高可达30m/s以上；此外，整个实验装置结构简单、可靠性高。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1中A处的放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图所示，一种材料动态压痕实验装置，包括撞击杆1、超动态应变仪4、数字示波器5、计算机处理系统6和满足一维应力波条件的入射杆2、透射杆3，入射杆2与透射杆3的材料相同、直径相等，入射杆2上粘贴有第一应变片21，透射杆3上粘贴有第二应变片31，第一应变片21和第二应变片31分别与超动态应变仪4电连接，超动态应变仪4和计算机处理系统6分别与数字 示波器5电连接，入射杆2上朝向透射杆3的一端端面以及透射杆3上朝向入射杆2的一端端面分别设置有圆柱形的被测试件7，两个被测试件7之间夹有材料为硬质合金的压力球8，被测试件7与入射杆2或透射杆3满足波阻抗匹配条件P SCSAS= P (!CciAci,其中P s表不被测试件的密度,Cs表不被测试件的一维应力波波速,As表不被测试件的横截面面积，P ο表示入射杆或透射杆的密度，C0表示入射杆或透射杆的一维应力波波速，Atl表示入射杆或透射杆的横截面面积，透射杆3的尾端设置有吸收杆9，吸收杆9的后侧设置有材料为铅的吸能块10。上述实施例中，被测试件7的直径大于压力球8直径的五倍，被测试件7的高度大于压力球8半径的五倍。
权利要求1.一种材料动态压痕实验装置，包括撞击杆、超动态应变仪、数字示波器、计算机处理系统和满足一维应力波条件的入射杆、透射杆，所述的入射杆与所述的透射杆的材料相同、直径相等，所述的入射杆上粘贴有第一应变片，所述的透射杆上粘贴有第二应变片，所述的第一应变片和所述的第二应变片分别与所述的超动态应变仪电连接，所述的超动态应变仪和所述的计算机处理系统分别与所述的数字示波器电连接，其特征在于所述的入射杆上朝向透射杆的一端端面以及所述的透射杆上朝向入射杆的一端端面分别设置有被测试件，两个所述的被测试件之间夹有压力球，所述的被测试件与所述的入射杆或透射杆满足波阻抗匹配条件P SCSAS= P C1CciAtl,其中P s表示被测试件的密度，Cs表示被测试件的一维应力波波速，As表示被测试件的横截面面积，P ο表示入射杆或透射杆的密度，C0表示入射杆或透射杆的一维应力波波速，A0表不入射杆或透射杆的横截面面积。
2.如权利要求1所述的一种材料动态压痕实验装置，其特征在于所述的被测试件的形状为圆柱形，所述的被测试件的直径大于所述的压力球直径的五倍，所述的被测试件的高度大于所述的压力球半径的五倍。
3.如权利要求1所述的一种材料动态压痕实验装置，其特征在于所述的压力球的材料为硬质合金。
4.如权利要求1所述的一种材料动态压痕实验装置，其特征在于所述的透射杆的尾端设置有吸收杆，所述的吸收杆的后侧设置有吸能块。
5.如权利要求4所述的一种材料动态压痕实验装置，其特征在于所述的吸能块的材料为铅。
专利摘要本实用新型公开了一种材料动态压痕实验装置，包括撞击杆、超动态应变仪、数字示波器、计算机处理系统和满足一维应力波条件的入射杆、透射杆，入射杆上粘贴有第一应变片，透射杆上粘贴有第二应变片，第一应变片和第二应变片分别与超动态应变仪电连接，特点是入射杆上朝向透射杆的一端端面以及透射杆上朝向入射杆的一端端面分别固定设置有被测试件，两个被测试件之间夹有压力球；优点是通过该实验装置来测量材料的动态力学性能，其测量精度高；且由于压力球的两侧分别安装有被测试件，实现了通过单次测试完成二次单侧压入实验的平均，而且整个实验装置结构简单。
文档编号G01N3/48GK202903630SQ201220498998
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者宋力, 梁浩哲, 秦焜, 赵坤, 任睿, 杨黎明 申请人:宁波大学