(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210525287.4 (22)申请日 2022.05.15 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 郭亚洲　杨凯祥　李玉龙　 (74)专利代理 机构 西北工业大 学专利中心 61204 专利代理师 慕安荣 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/317(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种能够直接产生拉伸应力波的装置 (57)摘要 一种能够直接产生拉伸应力波的装置， 第一 电磁加载枪中的放电线圈与第二电磁加载枪中 的放电线圈并联。 两个电磁加载枪中放电线圈的 正极接线柱连接， 两个负极接线柱连接。 本发明 的电容器在放电电路开关闭合后放电， 放电电流 为半正弦脉冲电流， 两个放电线圈中电流方向相 同产生半正弦脉冲引力， 以拉伸应力波的形式在 入射杆中传播， 利用该拉伸应力波对 试样进行动 态拉伸加载试验， 首次采用对两个主动线圈同时 放电， 利用两个主动线圈之间产生的电磁力进行 应力波加载试验： 当两个主动线圈中放电电流方 向相同时， 产生引力； 当两个主动线圈中放电电 流方向相反时， 产生斥力， 仅通过改变电流方向 实现拉伸加载与压缩加载的切换， 就够简单操作 方便。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114910355 A 2022.08.16 CN 114910355 A 1.一种能够直接产生拉伸应力波的装置， 其特征在于， 包括放电电路、 入射杆、 第一电 磁加载枪和第二电磁加载枪； 所述第一电磁加载枪中的放电线圈中的与所述第二电磁加载 枪中的放电线圈并联连接； 所述两个电磁加载枪中放电线圈的两个正极接线柱通过导线接 在一起， 两个负极接线柱通过导线接在一起； 所述第一电磁加载枪与入射杆 的螺纹端螺纹 连接。 2.如权利要求1能够直接产生拉伸应力波的装置， 其特征在于， 所述第 一电磁加载枪和 第二电磁加载枪的结构相同， 包括绝缘层、 电磁加载枪壳体和放电线圈； 所述放电线圈采用 螺旋的方式盘绕在加载枪壳体内， 并在该放电线圈的一端有正极导线柱， 另一端有负极导 线柱； 绝缘层装填在所述盘绕的线圈之间； 所述加载枪壳体与放电线圈同轴。 3.如权利要求2所述能够直接产生拉伸应力波的装置， 其特征在于， 在所述加载枪壳体 底板中心有用于连接入射杆的螺纹孔。 4.如权利要求2所述能够直接产生拉伸应力波的装置， 其特征在于， 装填在盘绕的各线 圈之间的绝缘层的厚度为2mm； 加载枪壳体内表面与所述放电线圈外圆表面之间的绝缘层 的厚度为1m m。 5.如权利要求1所述能够直接产生拉伸应力波的装置， 其特征在于， 所述放电电路包括 开关、 电容器、 二极管和电阻； 其中， 电容器的正极接线柱与二极管 的电流流入端通过导线 连接， 该二极管 的电流流出端与电阻的任意一端通过导线连接； 所述电阻另一端的接线柱 与所述电磁加载枪中放电线圈的正极接线柱通过导线连接； 放电线圈的负极接线柱与开关 的任意一个接线柱通过导线连接， 该开关的另一接线柱与电容器的负极接线柱通过导线连 接； 所述电容充电器的正极输出线与电容器的正极接线柱相 接， 负极输出线与电容器的负 极接线柱相接 。 6.如权利要求1所述能够直接产生拉伸应力波的装置， 其特征在于， 所述入射杆的材质 为TC4钛合金； 在该射杆 悬臂端的外圆表面有与电磁加载枪连接的螺纹。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114910355 A 2一种能够直接产生拉伸应力波的装 置 技术领域 [0001]本发明涉及材料的动 态力学性能测试技术领域， 具体说是一种基于电磁力的应力 波发生装置， 所述装置可以作为霍普金森拉杆和压杆的应力波输入 装置。 背景技术 [0002]在各种类型材料或结构的动态加载实验中， 往往要用到霍普金森杆实验技术。 这 一方法的基本原理是： 将短试样置于两根拉杆或压杆之间， 通过某种方式对入射杆输入拉 伸应力波或者压缩应力波， 对试样进行加载。 同时利用粘在拉杆或压杆上并距杆端部一定 距离的应变片来记录脉冲信号。 如果拉杆或压杆保持弹性状态， 那么杆中的脉冲将以弹性 波速无失真地传播。 这样粘贴在拉杆或压杆上的应变片就能够测量到作用于杆端的载荷随 时间的变化历程。 通过对弹性杆中应力波的测量就可以推导 获得试样材料的动态应力应变 响应。 [0003]传统霍普金森杆实验技术中应力波是由压缩气体驱动子弹撞击入射杆产生。 对于 霍普金森拉杆， 目前所采用的普遍加载技术是： 将拉杆的撞击杆做成空心圆管， 并在 入射杆 一端加工一个凸台， 通过气枪将撞击管高速发射， 当它运动到达入射杆端时， 撞击管与入射 杆端的凸台碰撞产生一列压缩波向入射杆凸台端传播， 并在自由端反射成拉伸波， 该拉伸 波通过入射杆对试样进行加载。 这种加载 方式即称为 “反射式拉伸 ”。 [0004]“反射式拉伸 ”的加载方式存在诸多缺点： (1)由于撞击杆是沿入射杆一端发射到 另一端， 所以入射杆上的凸台到气枪的那一段， 处于无支撑的自由状态， 这使得入射杆容易 弯曲； (2)这种设计限制了撞击筒的长度在500mm左右， 所以产生的入射波长度为0.2ms左 右， 但是对于延展性材料和低应变率实验， 需要更长的入射波； (3)撞击筒的更换很不方便 (4)由于撞击筒的筒壁厚度限制， 需要很高的气压来加 速撞击筒； (5)遭受撞击的凸台常常 会发生塑性变形， 导致设备不能正常工作； (6)凸台的存在使得入射拉伸波的波形受到影 响， 不能产生规整的梯形波。 也有很多学者提出了不同的设计思路： 使用空心的入射杆， 撞 击杆从入射杆 里面穿过， 但这种方式使实验操作更加复杂。 [0005]在公开号为CN103994922A的发明创造中提出了一种电磁霍普金森杆， 其应力波是 通过电磁加载枪中放电线圈与次级线圈之 间通过电磁感应定律产生的， 采用电磁驱动技术 由次级线圈对入射杆直接进行应力波的加载。 电磁霍普金森杆中拉伸波的加载方式与传统 分离式霍普金森杆相同， 是通过在拉杆一端增加一个反射凸台， 电磁加载枪冲击压缩凸台， 产生压缩波， 压缩波在凸台 自由端反射形成拉伸波， 该拉伸波沿入射杆向试样传播， 最 终形 成动态拉伸加载。 [0006]可以看出， 电磁霍普金森杆实验技术与传统霍普金森杆相比， 虽然应力波产生方 式有着本质的区别， 但是拉伸波都是 由压缩波在凸台自由端反射形成， 因而同样不能避免 “反射式拉伸 ”存在的问题。 [0007]在申请号为201910330386.5的发明创造中提出的装置节省了庞 大的占用面积， 结 构简单方便可靠。 在申请号为201410171963.8的发 明创造中提出的装置易于控制入射波幅说　明　书 1/5 页 3 CN 114910355 A 3