專利名稱：一種材料動態壓痕實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種材料性能的實驗測試方法，尤其涉及一種材料動態壓痕實驗方法。
背景技術：
工程材料的力學行為受到其應力狀態的明顯影響，而在動態加載條件下，材料的力學行為更與加載的速度(具體度量為應變率)相關。材料硬度實驗是工程界廣泛采用的材料力學性能的測試方法，其簡單有效，而儀器化壓痕、納米壓痕實驗技術則是傳統硬義測量的進一步發展，可以測得壓入過程的變形與受力，但現有技術僅限于材料的靜態性能測試。 雖然也有采用動態壓入的實驗技術如常見的里氏、肖氏硬度計等，但它們僅具有形式上的 “動態”，并不能真正測得材料的動態力學特性。
目前也有采用霍普金森壓桿來進行材料的動壓痕實驗測試，但現有的方法存在壓頭與壓桿的波阻抗失配、壓頭與壓桿聯接處在沖擊加載時會產生局部塑性變形等問題，使得其實驗中壓入量時程的測量誤差較大；又由于動態力傳感器的支承方式，使得壓入力的測量不可避免地含有附加振蕩，從而影響到測量精度并且限制了其在較高加載速度下的運用。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種測量精度高且方法簡單的材料動態壓痕實驗方法。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種材料動態壓痕實驗方法，包括以下具體步驟
(I)、取滿足一維應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置被測試件，并使被測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 表不被測試件的密度，Cs表不被測試件的一維應力波波速,As表不被測試件的橫截面面積， 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力波波速，A0表示入射桿或透射桿的橫截面面積；
(2)、在兩個被測試件之間夾裝壓力球；
(3)、在入射桿上粘貼第一應變片，在透射桿上粘貼第二應變片，并將第一應變片和第二應變片分別與超動態應變儀電連接，將超動態應變儀和計算機處理系統分別與數字示波器電連接；
(4)、用氣炮發射撞擊桿,撞擊桿撞擊入射桿,使得兩個被測試件與壓力球相互擠壓形成壓坑過程，同時粘貼在入射桿上的第一應變片測得入射波的應變信號SiU)和反射波的應變信號L (t)，粘貼在透射桿上的第二應變片測得透射波的應變信號et(t);
(5)、將所測得的入射波的應變信號ε i (t)、反射波的應變信號ε r(t)和透射波的應變信號et(t)通過以下關系式及處理過程
權利要求
1.一種材料動態壓痕實驗方法，其特征在于包括以下具體步驟 (1)、取滿足一維應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置被測試件，并使被測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表示被測試件的密度，Cs表示被測試件的一維應力波波速，As表示被測試件的橫截面面積，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力波波速，Atl表示入射桿或透射桿的橫截面面積； (2)、在兩個被測試件之間夾裝壓力球； (3)、在入射桿上粘貼第一應變片，在透射桿上粘貼第二應變片，并將第一應變片和第二應變片分別與超動態應變儀電連接，將超動態應變儀和計算機處理系統分別與數字示波器電連接； (4)、用氣炮發射撞擊桿,撞擊桿撞擊入射桿，使得兩個被測試件與壓力球相互擠壓形成壓坑過程，同時粘貼在入射桿上的第一應變片測得入射波的應變信號ejt)和反射波的應變信號L (t)，粘貼在透射桿上的第二應變片測得透射波的應變信號et(t); (5)、將所測得的入射波的應變信號ei(t)、反射波的應變信號L(t)和透射波的應變信號ε t(t)通過以下關系式及處理過程Si(X1J)=S^t - X1 / C0) <Sr(X1J) = Sr {t + X1 / C0)(I)et(xn,t) = et(t + x2 / C0) 其中^為第一應變片到入射桿與被測試件接觸端面I的距離，X2為第二應變片到透射桿與被測試件接觸端面II的距離，SiOc1, t)表示入射桿與被測試件接觸端面I處的入射波應變信號，ε r(xD t)表示入射桿與被測試件接觸端面I處的反射波應變信號，ε t(x ，t)表示透射桿與被測試件接觸端面II處的透射波應變信號； P* = A0E0 ( ε J (X1, t) + ε r (xI； t)) (2) 其中Ρ*表示在壓入過程開始后，入射桿與被測試件接觸端面I處的壓力，在某一時刻將有Ρ*=0，記此時刻為t* ； 當t < t*時 ( ) = γ€0(ε,(X1J) - Sr(X1J) - St(XllJ)) <u{t) = yC0,/) - Sr(X1J) - et(xHJ))dt(3)P(0 = ^QEQst{x;1,1) 當t>t*時
2.如權利要求I所述的一種材料動態壓痕實驗方法，其特征在于所述的被測試件的形狀為圓柱形，所述的被測試件的直徑大于所述的壓力球直徑的五倍，所述的被測試件的高度大于所述的壓力球半徑的五倍。
3.如權利要求I所述的一種材料動態壓痕實驗方法，其特征在于所采用的壓力球的材料為硬質合金。
4.如權利要求I所述的一種材料動態壓痕實驗方法，其特征在于在透射桿的尾端設置吸收桿，并在吸收桿的后側設置吸能塊。
5.如權利要求4所述的一種材料動態壓痕實驗方法，其特征在于所述的吸能塊的材料為鉛。
全文摘要
本發明公開了一種材料動態壓痕實驗方法，特點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置被測試件，并在兩個被測試件之間夾裝壓力球，然后在入射桿上粘貼第一應變片，在透射桿上粘貼第二應變片，并將第一應變片和第二應變片分別與超動態應變儀電連接，再撞擊桿撞擊入射桿，使得兩個被測試件與壓力球相互擠壓形成壓坑過程，最終通過處理后得到被測試件的壓入力和壓入位移的時程曲線；優點是通過該實驗方法來測量材料的動態力學性能，避免了傳統方法在壓頭與壓桿聯接處的阻抗失配現象以及動態加載時入射桿-壓頭聯接處局部產生塑性變形的問題，故其測量精度高，實驗的壓入速度最高可達30m/s以上。
文檔編號G01N3/48GK102928309SQ20121036633
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者宋力, 梁浩哲, 秦焜, 趙坤, 任睿, 楊黎明 申請人:寧波大學