微型霍普金森杆系统的改进与应用

《微型霍普金森杆系统的改进与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、微型霍普金森杆系统的改进与应用刘爽2015年6月中图分类号：O348.11UDC分类号：621.7微型霍普金森杆系统的改进与应用作者姓名刘爽学院名称宇航学院指导教师刘战伟教授答辩委员会主席董春迎教授申请学位工程硕士学科专业航天工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月ImprovementandapplicationofaminidesktopSHBsystemCandidateName：LiuShuangSchoolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineeringFacultyMentor:Prof.LiuZhanweiChair,The

2、sisCommittee：Prof.DongChunyingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：AerospaceEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作

3、所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要霍普金森杆装置是测试材料在高应变加载下动态力学性能最有效的技术手段。随着航空、航天、军事等领域的动态测试需要，Hopkinson杆装置的应用已经逐渐拓展到测量薄膜、纤维等低维材料以及MEMS微结构等微器件的动态力学性能。本文改进了磁阻式电磁发射装置和微型Hopkinson拉（压）杆装置，并将最终的拉杆和压杆分别用于纤维材料以及MEMS微结构的动态力学性能测试中。在磁阻式电磁发射系统改进方面，分析了单级发射模型的加速机理，通过有限元方法深入研究了子弹涡流损耗、发射装置漏磁以及消耗回

4、路的消耗电阻对电磁发射子弹速度的影响，得到了相关设计参数。其次，改进了现有单级发射模型，提高其发射速度到单级20m/s，使其能够满足大部分动态测试对冲击速度的要求。在微型Hopkinson拉杆改进方面，首先深入分析了应力波在拉伸杆中的传播过程和特点，利用有限元分析方法对拉杆装置进行优化设计，获得了拉伸入射杆、凸台和套筒子弹的优化设计参数；然后根据分析结果，搭建了适用于单根纤维动态拉伸性能测试的电磁发射式微型Hopkinson拉杆系统，该系统利用压电式微力传感器替代传统的透射杆；利用搭建的装置对单根Kevlar®129纤维进行动态拉伸试验，得到了高应变率下纤维的应力-应变曲线，并通过与已

5、有的实验结果对比，验证了装置在单根纤维材料的动态拉伸性能测试中的有效性。搭建了由冲击加载装置、高低温加载系统以及高速显微成像系统组成的微型高低温高G值加载系统，利用该系统研究了引信MEMS安保机构在温度和冲击载荷耦合环境下动态特性，在-40℃、-20℃、0℃、25℃和50℃五个环境温度下开展了对MEMS安保机构进行冲击试验，得出在加速度峰值为40360g，脉宽为62μs的冲击载荷下，其与温度相关的机动过程和失效行为。关键词：微型Hopkinson杆；有限元分析方法；磁阻式电磁发射；纤维；MEMS结构I北京理工大学硕士学位论文AbstractSplitHopkinsonbar(SHB)t

6、echniqueisoneofthemosteffectivemethodsfortestingthedynamicbehaviorofmaterialsathighstrainrates.Inordertomeetthedynamictestingneedsofaviation,aerospace,militaryandotherfields,theapplicationofSHBhasbeengraduallyextendedtotestthedynamicmechanicalperformanceoflowdimensionmaterials,suchasthinfilmandf

7、iber,andmicroscaledevices.Inthispaper,boththeminiSHT(P)Bandthereluctanceelectromagneticlauncherhavebeenimproved.AndeventuallytheminiSHTBandSHPBareappliedtoanalysisthedynamicpropertyoffibermaterialsandMEMSmicrostructure,respe