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1、.,.第8卷第3期实验力学Vol8Nb31993年9月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANI〔万压P.1993一种新型的冲击扭转装置胡时胜,.(中国科学技术大学合肥23026)桥本彰三小林昭(日本国东京大学),ata的单杆方法而摘要本文介绍了一种新型的冲击扭转装兰它是基于Kwa。on,,提出的与常规的分离式Hopkins扭杆相比本装1载荷的有效作用时间更长因而可用来讨论1至破坏(扭断)的材杆动态力学性能。利用本装!对三种常用的全属。,。材杆进行了试脸结果衣明这种实脸方法是可行的’一,关,分离式ins。。扭杆(s.秦锐词冲击扭转装丈Ho冰
2、HTB)1前t,..当前研究材料在高应变率(1护~10/s)下的动态力学性能的实验方法主要有两种pkinson,,,一种是分离式物杆方法即所谓杆杆型另一种是单杆方法即所谓块。——杆型.p址nsonKolsky(1949)[,]提出他将原来的pkinson压杆分离式Ho杆方法最初由Ho,,分成两部分将被测试件置于其中从而使这一装置能用来测量材料在高应变率下的动态.,,.力学性能由于这一方法思想新颖装置简单四十余年期间已获得广泛应用.,单杆方法则是由Kawata等人(l979)[z〕提出根据这一设计思想他们先后设计加工了转盘式的和摆锤式的两种冲击拉伸试验机.
3、目前在国内也有采用这种方法的[s]。,,。,比较以上两种实验方法各有所长可互为补充首先分离式Ho冰inson杆方法大.,多用于做冲击压缩试验尽管人们也提出了各种各样的拉伸型试图测定材料的冲击拉伸,,,.应力应变曲线但由于装t加工难度大实验精度也比较差尚未获得广泛推广以较为成Nic,1〕,功的holas设计的拉伸型为例(参见图)[.由于应力波在杆与试件之间间隙(这一,.间隙是很难道免的)的反射(参见图2(。))常给数据带来很大误差单杆方法没有这个问1,92年7月20日收到:第3期胡时胜等一种新型的冲击扭转装里,。题基于单杆方法设计加工的实验装置不存在试件与
4、杆之间的间隙(参见图2(b))因此.采用单杆方法测定材料的冲击拉伸性能将优于分离式pkinson杆方法目前单杆方法Ho也主要用于测定材料的冲击拉伸应力应变曲线.,pkion,其次分离式Hons杆方法在测定材料的动态应力应变曲线时并不强求材料,。,破坏因此对作用于试件的有效加载时间无特殊要求单杆方法只需用一根杆因此在相,on,同的实验室空间(主要指长度)内这根杆可做得比分离式Hopkins杆方法的长一倍于是作用于试件的有效加载时间也可以长士倍。因此采用单杆方法的可比分离式Ho卜.址nson杆方法的容易获得包括最终断裂点的动态应力应变曲线杆i试件文承套杆z打
5、击杆杆i试件杆2卧冲召协洲-l--丫1一岑犷一门l_____JJ}L一-7l队\\喇二一二一下一‘-__---}「一了巴支承套试件赎图l拉伸式pkin实验装置图2Honso,,。,无论是冲击压缩试验或者冲击拉伸试验它们都有其固有的弊病其一波形在长杆,;中传播均存在弥散现象其二试件与压杆之间的磨擦(压缩试验)或试件的颈缩失稳(拉。,。r伸试验)均造成试件受力的不均匀性为此人们考虑采用冲击扭转试验Bake和Yewon。,(1966)[s]首先提出了分离式Hopkins扭杆装置利用冲击扭转装置除了能克服以上两,:,个弊病之外还有以下几个优点(l)扭转试验
6、是个纯剪切过程能直接测定材料的动态剪;(2)是研究绝热剪切失稳的理想手段;(3)可方便地实现应变率跳跃试应力剪应变曲线,。验用于研究材料的应变率历史效应Kawata,本文介绍了我们研制的基于单杆方法的另一种冲击扭转试验机并对三种。常用的金属材料进行了测定2实验装置。基于单杆方法的冲击扭转装置及其数据采集处理系统如图3所示马达的转速可在,。,o~1700rpm之间连续可调并直接带动飞轮旋转当飞轮达到稳定转速时合上离合器即。,、可对试件作用一浦劝水冲载荷类似于单杆方法中的冲击拉伸装置试件材料的剪应力剪应变和剪应变率分别为T(t)几(z)=:‘AR实验力学(1
7、993年)第8卷y,(,,一〔田(:二(:)〕at鲁且卜赢(犷〔。(:了(:)〕之卜今卜赢,,、、式中AR,分别为试件试验段的截面积和平均半径;AR分别为扭杆的截面积和平均半、;G分别为扭杆的;。(t)和T(t)分别为试验过程中径几弹性剪切波速度和弹性剪切模量,的飞轮转速和作用于试件上的扭矩可分别用转角测定仪和贴在扭杆上的电阻应变片测.,,得鉴于稳定转动的飞轮储存的动能很大因此可以近似认为作用于试件前后的飞轮转,,。速保持不变即假定。(t)为常数并且就等于飞轮或马达的旋转速度由于我们这套冲击4,26Z,装置的扭杆长达米于是作用于试件上的有效加载时间约为0
8、微秒(2x4米/c),,远大于通常的分离式pkinson扭杆大部分金属材料在这段
