以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法以及沖擊實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，涉及沖擊動力學領域，S1.制備多個飛片；S2.制備多個樣品靶，每個所述樣品靶包括第一樣品層和第二樣品層，所述第一樣品層的厚度小于所述第二樣品層的厚度，多個所述樣品靶的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品靶的第一樣品層的厚度不相同；S3.每個飛片與多個樣品靶對應，構(gòu)成一個沖擊實驗組，每個沖擊實驗組的多個樣品靶相鄰設置；S4.對每個沖擊實驗組進行沖擊實驗。通過本發(fā)明提供的實驗方法，成功的將拉伸應力持續(xù)時間作為單一變量，同時獲得同一損傷演化路徑中的中間環(huán)節(jié)實驗信息和數(shù)據(jù)，準確得出以拉伸應力持續(xù)時間為單一變量對層裂現(xiàn)象的影響。
【專利說明】
從拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法從及沖擊實驗裝置
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明設及沖擊動力學領域，具體而言，設及一種W拉伸應力持續(xù)時間為變量的 實驗方法W及沖擊實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 沖擊動力學是一口 W力學、材料學、物理學為基礎的力學分支學科，W沖擊載荷作 用下材料的動力學行為和結(jié)構(gòu)特性為主要研究對象，包括材料構(gòu)件在動載荷下的運動、變 形、破壞和失效現(xiàn)象。主要應用領域有:爆破工程、鉆井開礦、機械加工、水下爆炸切割、武器 工程等。
[0003] 在沖擊動力學中，一維應變條件下的層裂作為一種最典型的動態(tài)拉伸斷裂破壞形 式，由于理論分析簡單、實驗易于實施等特點，同時包含了材料在動態(tài)拉伸條件下響應過程 的豐富內(nèi)容，因此，一直是研究材料動態(tài)響應和破壞的重要手段，對于理解和認識材料在極 端條件下結(jié)構(gòu)-加載-性能關系具有重要意義。通常利用飛片撞擊實驗，對樣品進行層裂研 究。
[0004] -維應變條件下的層裂實驗，可采用氣炮、電炮等裝置(拉伸應變率范圍IO4S^i~ IO7S^i,拉伸應力持續(xù)時間IOOns~扣S)驅(qū)動飛片與樣品祀碰撞，從碰撞面分別向飛片和樣 品中產(chǎn)生沖擊波，當沖擊波到達飛片和樣品的自由面時，產(chǎn)生相向行駛的稀疏波，兩束稀疏 波在樣品中相遇時，形成拉伸應力區(qū)，拉伸應力滿足一定闊值時，材料的損傷開始發(fā)展演化 甚至斷裂。
[0005] 目前，層裂實驗中普遍采用的方案是通過改變飛片或者樣品厚度(或者兩者同時 變化），來實現(xiàn)對拉伸應力持續(xù)時間的控制，但是實驗中拉伸應力持續(xù)時間的變化所引起的 層裂變化和理論拉伸應力持續(xù)時間變化相同的值所引起的層裂變化存在較大偏差，嚴重影 響平面沖擊實驗的準確性，W及對數(shù)據(jù)進行后續(xù)分析和研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，W改善上 述問題。
[0007] 本發(fā)明提供的一種W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，包括：
[000引Sl.制備多個飛片，多個所述飛片的材質(zhì)均相同。
[0009] S2.制備多個樣品祀，每個所述樣品祀包括第一樣品層和第二樣品層，所述第一樣 品層與所述飛片發(fā)生碰撞，所述第一樣品層和所述第二樣品層貼合，所述第一樣品層與所 述第二樣品層材質(zhì)相同，所述第一樣品層的厚度小于所述第二樣品層的厚度，多個所述樣 品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品祀的第一樣品層的厚度不相同。
[0010] S3.每個飛片與多個樣品祀對應，構(gòu)成一個沖擊實驗組，每個沖擊實驗組的多個樣 品祀相鄰設置，多個樣品祀的第一樣品層與飛片發(fā)生碰撞的一側(cè)位于同一平面。
[0011] S4.對每個沖擊實驗組進行沖擊實驗，用每個沖擊實驗組中的飛片撞擊每個沖擊 實驗組中對應的多個樣品祀，多個沖擊實驗組中的飛片均W相同的速度撞擊對應的樣品 祀。
[0012] W上所述的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，優(yōu)選地，所述W拉伸應力持 續(xù)時間為變量的實驗方法還包括設置對照實驗組進行沖擊實驗，所述對照實驗組包括對照 飛片和對照樣品祀，所述對照飛片與所述飛片的厚度和材質(zhì)均相同，所述對照樣品祀的總 厚度和材質(zhì)與所述樣品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，用所述對照飛片撞擊所述對照樣品祀， 所述對照飛片的速度與每個沖擊實驗組進行沖擊實驗時飛片的速度均相同。通過對照實驗 組能夠得到一個基礎數(shù)據(jù)，通過實驗組和對照組進行比對，便于通過數(shù)據(jù)進行對比分析得 出拉伸應力持續(xù)時間對層裂的影響。
[0013] W上所述的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，優(yōu)選地，在S2還包括，根據(jù)每 個所述樣品祀中W;*心一樣品層與所述第二樣品層的厚度差與拉伸應力持續(xù)時間的對 應關系，利用公J 其中，t為拉伸應力持續(xù)時間 ，.
[0014] hi為第一樣品層的厚度
[0015] h2為第二樣品層的厚度
[0016] C為材料的平均聲速
[0017] 設置不同的第一樣品層和第二樣品層的厚度差，從而確定相應的拉伸應力持續(xù)時 間。為了便于實驗人員進行觀察和實驗，盡可能讓拉伸應力持續(xù)時間維持在所關注的時間 尺度范圍內(nèi)，即便于研究人員獲得對層裂演化過程的認識。通過對第一樣品層和第二樣品 層的厚度差進行控制進而達到對拉伸應力持續(xù)時間的控制，使得對拉伸應力持續(xù)時間的控 制更加簡單和便捷，便于實驗人員進行控制。
[0018] W上所述的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，優(yōu)選地，S4之后包括利用任 意反射面的速度干設儀（VISAR，Velocity inte;rfe;rometer system for any reflector) W時間為橫軸，W自由面粒子速度為縱軸，診斷并繪制自由面粒子速度-時間圖，從圖中采 集自由面粒子速度的最大值與第一個極小值的差值記為Au,采集自由面粒子速度的最大 值到第一個極小值所經(jīng)歷的時間記為A t，通過公式
[0019] 其中擔為拉伸應變率
[0020] Cb為材料體波聲速
[0021 ] A U為自由面粒子速度的最大值與第一個極小值的差值
[0022] At為A U段所經(jīng)歷的時間
[0023] 計算出不同樣品祀的拉伸應變率。
[0024] 優(yōu)選地，利用任意反射面的速度干設儀（VISAR，Velocity interferometer system for any reflector)記錄樣品祀的自由面粒子速度隨時間的變化。任意反射面的 速度干設儀對自由面粒子速度進行測量，效率高。通過對回收樣品表征獲得樣品損傷程度、 微結(jié)構(gòu)和斷裂特征運些信息后，能夠?qū)\些數(shù)據(jù)進行分析，便于提供準確的實驗數(shù)據(jù)，觀察 和分析不同的拉伸應力持續(xù)時間作為單一變量所引起的層裂現(xiàn)象。
[0025] 本發(fā)明還提供一種應用于W上所述的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法的 沖擊實驗裝置，包括飛片、回收套筒和樣品祀，所述回收套筒內(nèi)設有回收腔，所述回收套筒 的一端開設有多個樣品祀口，所述樣品祀口與所述回收腔連通，所述回收套筒的另一端設 有回收口，所述回收口與所述回收腔連通，所述回收口設有用于回收樣品祀的回收裝置。
[0026] 每個所述樣品祀包括第一樣品層、第二樣品層和樣品回收艙，所述樣品回收艙的 一端設有開口，所述第一樣品層和所述第二樣品層嵌設在所述開口內(nèi)，所述第一樣品層設 置在所述樣品回收艙外側(cè)，用于與所述飛片發(fā)生碰撞，所述第二樣品層設置在所述樣品回 收艙內(nèi)側(cè)，所述第一樣品層和所述第二樣品層貼合設置，所述第一樣品層與所述第二樣品 層材質(zhì)相同，所述第一樣品層的厚度小于所述第二樣品層的厚度，所述樣品回收艙內(nèi)設有 用于回收第二樣品層的樣品回收裝置。
[0027] 多個所述樣品祀的第一樣品層的厚度不相同，多個所述樣品祀嵌設在所述樣品祀 口內(nèi)，多個所述樣品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品祀的第一樣品層與飛片發(fā)生 碰撞的一側(cè)位于同一平面。
[0028] 多個樣品祀的設有第一樣品層和第二樣品層，多個樣品祀的總厚度相同，保證拉 伸應變率不變，通過第一樣品層的厚度和第二樣品層的厚度差改變，使得樣品祀內(nèi)拉伸應 力持續(xù)時間也相應改變，同時，多個樣品祀并列設置，運樣大大提高了實驗效率，飛片一次 撞擊能夠同時與多個樣品祀同時撞擊，保證了樣品祀受飛片的碰撞速度均相同，同時提高 了實驗進行的效率，克服了環(huán)境因素對撞擊速度的的影響。
[0029] 在本發(fā)明中，將多個樣品祀布置在回收套筒上，在一次實驗中，通過飛片撞擊分別 安裝于多個樣品祀上的第一樣品層和第二樣品層，使得樣品祀上的樣品具有相同的初始加 載速度，實現(xiàn)對拉伸應力幅值的解禪。同時，由于樣品祀為第一樣品層和第二樣品層的組合 設計，同時保證樣品祀具有相同的厚度，首先相同的厚度保證了樣品祀的拉伸應變率相同， 實現(xiàn)了對沖擊下拉伸應力幅值和拉伸應變率的解禪。利用較為簡單的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在一發(fā) 實驗中對多個樣品祀的拉伸應力持續(xù)時間單一因素的控制，能有效的提高實驗效率，同時 獲得同一損傷演化路徑中的中間環(huán)節(jié)實驗信息和數(shù)據(jù)。
[0030] W上所述的沖擊實驗裝置，優(yōu)選地，所述第一樣品層的外廓尺寸大于所述第二樣 品層的外廓尺寸，所述第二樣品層呈圓臺狀，所述第二樣品層遠離所述回收裝置一側(cè)的外 廓尺寸小于所述第二樣品層靠近所述回收裝置一側(cè)的外廓尺寸。
[0031] 進行沖擊實驗的時候，第一樣品層與飛片發(fā)生撞擊，將沖擊波傳遞到第二樣品層 上，將第一樣品層和第二樣品層采用上述設置，使得第一樣品層在受到?jīng)_擊后，不會隨第二 樣品層移動，實現(xiàn)單獨對第二樣品層的回收，避免第一樣品層隨第二樣品層一同運動回收， 對第二樣品層的回收造成影響，影響實驗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的采集和收集。
[0032] W上所述的沖擊實驗裝置，優(yōu)選地，所述回收裝置包括緩沖材料和回收艙蓋，所述 回收艙蓋嵌入所述回收口，所述緩沖材料貼合所述回收艙蓋設置。
[0033] 通過緩沖材料和回收艙蓋對樣品祀進行回收，樣品祀落入到緩沖材料上，通過緩 沖材料吸收樣品祀的能量，實現(xiàn)對緩沖材料的軟回收，當樣品祀完全停止后，打開回收艙 蓋，便可W將第二樣品層從緩沖材料中回收。通過緩沖材料減速，回收艙蓋實現(xiàn)對第二樣品 層的回收，效率高，同時不會對第二樣品層造成破壞，保證了實驗效果。
[0034] W上所述的沖擊實驗裝置，優(yōu)選地，所述樣品祀還包括探針，所述探針穿設在所述 樣品回收艙蓋中部，所述緩沖材料設有用于所述探針光信號測試的通孔。
[0035] 當飛片撞擊在樣品上，觸發(fā)測試系統(tǒng)，通過探針的光信號能夠及時準確的采集第 二樣品層的飛行速度數(shù)據(jù)，便于對實驗進行數(shù)據(jù)分析。
[0036] W上所述的沖擊實驗裝置，優(yōu)選地，所述沖擊實驗裝置還包括對照沖擊實驗組，所 述對照沖擊實驗組包括對照樣品祀、對照樣品回收艙和對照樣品回收裝置，所述對照樣品 回收艙的一端開設有對照樣品回收口，所述對照樣品回收口與所述對照樣品回收艙連通， 所述對照樣品祀嵌設在所述對照樣品回收口內(nèi)，所述對照樣品回收艙內(nèi)設有對照樣品回收 裝置，所述對照沖擊實驗組嵌設在所述樣品祀口內(nèi)，所述對照樣品祀與所述飛片撞擊的一 側(cè)與所述第一樣品層與所述飛片撞擊的一側(cè)位于同一平面。
[0037] 設置對照沖擊實驗組，能夠為實驗提供基礎的參考數(shù)據(jù)，通過與參考數(shù)據(jù)的比對 能夠更加直觀和明顯的觀察出拉伸應力持續(xù)時間對于層裂現(xiàn)象的影響。
[0038] W上所述的沖擊實驗裝置，優(yōu)選地，所述樣品回收裝置包括樣品緩沖材料和樣品 回收艙蓋，所述樣品回收艙蓋嵌入所述對照樣品回收口，所述樣品緩沖材料貼合所述樣品 回收艙蓋設置。通過樣品緩沖材料和樣品回收艙蓋對第二樣品層進行回收，第二樣品層落 入到樣品緩沖材料上，通過樣品緩沖材料吸收第二樣品層的動能，實現(xiàn)對第二樣品層的軟 回收，當?shù)诙悠穼油耆Ｖ购?，打開樣品回收艙蓋，便可W實現(xiàn)對第二樣品層的取出。
[0039] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法包括W下 有益效果:在本發(fā)明中，將飛片同時與多個樣品祀進行沖擊撞擊，多個樣品祀總厚度相同， 使得多個樣品祀受到相同的初始加載速度，運樣，就使得拉伸應力幅值均相同。同時，在進 行撞擊的時候，由飛片和樣品祀的碰撞面分別向飛片和樣品祀內(nèi)產(chǎn)生一個沖擊波，當沖擊 波分別達到各自的自由面時，將反射中屯、稀疏波，兩組中屯、稀疏波相向傳播，并在樣品祀內(nèi) 相遇，樣品祀內(nèi)部進入拉伸應力狀態(tài)。當樣品祀內(nèi)左行稀疏波到達樣品祀與飛片界面時，將 再次反射成右行的壓縮波，并對拉伸應力狀態(tài)進行卸載，該壓縮波所到之處應力變?yōu)榱?，終 止了損傷發(fā)展，樣品祀中拉伸應力持續(xù)時間將停止，當樣品祀采用分層設計時，樣品祀由兩 層組成，第一樣品層與第二樣品層之間的相貼合接觸面的設計會使稀疏波在貼合面反射形 成壓縮波，即拉伸應力的卸載提前，通過改變第一樣品層與第二樣品層之間的厚度差，即改 變了拉伸應力的卸載時間，從而實現(xiàn)對拉伸應力時間的控制，而樣品祀的總厚度相同和受 到的拉伸應力幅值相同，則保證了在進行沖擊實驗時，每個樣品祀受到的拉伸應變率保持 一致。通過本發(fā)明提供的實驗方法，成功的將拉伸應力持續(xù)時間作為單一變量，實現(xiàn)了沖擊 實驗中，將拉伸應力持續(xù)時間從拉伸應力幅值和拉伸應變率中解禪出來，利用簡單的實驗， 實現(xiàn)了在實驗中對多個樣品祀的拉伸應力持續(xù)時間單一因素的控制，能有效的提高實驗效 率，同時獲得同一損傷演化路徑中的中間環(huán)節(jié)實驗信息和數(shù)據(jù)，準確獲得拉伸應力持續(xù)時 間單一變量對層裂現(xiàn)象的影響。
【附圖說明】
[0040] 為了更清楚的說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。
[0041] 圖1是本發(fā)明第一實施例提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法的示意 圖；
[0042] 圖2是本發(fā)明第=實施例提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法采用的沖 擊實驗裝置的示意圖。
[0043] 其中，附圖標記與部件名稱之間的對應關系如下：飛片101，分界面102,第一樣品 層103，第二樣品層104，碰撞沖擊波105，右行稀疏波106，左行稀疏波107，拉伸應力持續(xù)時 間108,右行壓縮波109,回收套筒110,回收腔111，回收口 112,回收裝置113,樣品回收艙 114,碰撞面115。
【具體實施方式】
[0044] 目前，層裂實驗中普遍采用的方案是過改變飛片或者樣品厚度(或者兩者同時變 化），來實現(xiàn)對拉伸應力持續(xù)時間的控制進行實驗，但是實驗中拉伸應力持續(xù)時間的變化所 引起的層裂變化和理論拉伸應力持續(xù)時間變化相同的值所引起的層裂變化相比存在較大 偏差，嚴重影響實驗的準確性，W及對數(shù)據(jù)進行后續(xù)分析和研究。
[0045] 本發(fā)明提供了一種W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法來改善上述問題。
[0046] 下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0047] 本發(fā)明中第一、第二、第S等均為區(qū)別示意，并不是限定。
[0048] 圖1是本發(fā)明第一實施例提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法的示意 圖；如圖1所示，本發(fā)明第一實施例提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，包括：
[0049] Sl.制備多個飛片101，多個所述飛片101的材質(zhì)均相同。
[0050] S2.制備多個樣品祀，每個所述樣品祀包括第一樣品層103和第二樣品層104,所述 第一樣品層103與所述飛片101發(fā)生碰撞，所述第一樣品層103和所述第二樣品層104貼合， 所述第一樣品層103與所述第二樣品層104材質(zhì)相同，所述第一樣品層103的厚度小于所述 第二樣品層104的厚度，多個所述樣品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品祀的第一樣 品層103的厚度不相同。
[0051 ] S3.每個飛片101與多個樣品祀對應，構(gòu)成一個沖擊實驗組，每個沖擊實驗組的多 個樣品祀相鄰設置，多個樣品祀的第一樣品層103與飛片101發(fā)生碰撞的一側(cè)位于同一平 面。
[0052] S4.對每個沖擊實驗組進行沖擊實驗，用每個沖擊實驗組中的飛片101撞擊每個沖 擊實驗組中對應的多個樣品祀，多個沖擊實驗組中的飛片101均W相同的速度撞擊對應的 樣品祀。
[0053] 經(jīng)過
【申請人】長期研究、反復推斷和實驗之后，發(fā)現(xiàn)造成實驗誤差的主要原因是通 過改變飛片101或者樣品的厚度(或者兩者同時改變)來調(diào)控拉伸應力持續(xù)時間，加載于樣 品祀的拉伸應變率也隨之變化，而運種變化對損傷演化過程的影響難W精確評估。實驗所 得的自由面速度信息W及回收樣品的損傷程度和斷裂特征信息，是拉伸應力持續(xù)時間和拉 伸應變率綜合作用的結(jié)果，兩個因素對損傷的過程和終態(tài)信息產(chǎn)生影響，給理論分析帶來 了極大的困難。如果能夠在實驗中單獨調(diào)控拉伸應力持續(xù)時間運一單一因素，則有希望獲 得同一損傷演化路徑下的中間環(huán)節(jié)信息，極大的提高對材料損傷演化的研究能力和認識水 平。
[0054] 在本實施例中，將飛片101同時與多個樣品祀進行沖擊撞擊，多個樣品祀總厚度相 同，使得多個樣品祀受到相同的初始加載速度，運樣，在總厚度相同的情況下就使得拉伸應 力幅值均相同。在進行撞擊的時候，由飛片101和樣品祀的碰撞面115分別向飛片101和樣品 革己內(nèi)產(chǎn)生一個碰撞沖擊波105,碰撞沖擊波105分別達到飛片101和第二樣品層104的自由 面，分別形成右行稀疏波106和左行稀疏波107,兩組稀疏波相向傳播，并在樣品祀內(nèi)相遇， 樣品祀內(nèi)部進入拉伸應力狀態(tài)。當樣品祀內(nèi)左行稀疏波107到達一個分界面的時候，將再次 反射成向右行壓縮波109,并對拉伸應力狀態(tài)進行卸載，該右行壓縮波109所到之處應力變 為零，終止了損傷發(fā)展，樣品祀中拉伸應力持續(xù)時間將停止。當樣品祀采用分層設計時，樣 品祀由兩層組成，第一樣品層103與第二樣品層104之間的相貼合接觸面構(gòu)成一個分界面 102,會使稀疏波在第一樣品層103與第二樣品層104的分界面102反射形成右行壓縮波109， 對拉伸應力進行卸載，將拉伸應力持續(xù)時間停止，即拉伸應力的卸載提前。通過改變第一樣 品層103與第二樣品層104之間的厚度差，改變了反射的右行壓縮波109的反射時間，即改變 了拉伸應力的卸載時間，從而實現(xiàn)對拉伸應力時間的控制。而樣品祀的總厚度相同和受到 的拉伸應力幅值相同，則保證了在進行沖擊實驗時，每個樣品祀受到的拉伸應變率保持一 致。通過本發(fā)明提供的實驗方法，實現(xiàn)了沖擊實驗中，將拉伸應力持續(xù)時間從拉伸應力幅值 和拉伸應變率中解禪出來，利用簡單的實驗，實現(xiàn)了對多個樣品祀的拉伸應力持續(xù)時間的 單一變化控制，能有效的提高實驗的準確率，同時獲得同一損傷演化路徑中的中間環(huán)節(jié)實 驗信息和數(shù)據(jù)，準確得出W拉伸應力持續(xù)時間為單一變量對層裂現(xiàn)象的影響。
[0055] 本發(fā)明第二實施例提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法是在第一實施 例的基礎上，進一步地，
[0056] Sl.制備多個飛片101，多個所述飛片101的材質(zhì)均相同。
[0057] S2.制備多個樣品祀，每個所述樣品祀包括第一樣品層103和第二樣品層104,所述 第一樣品層103與所述飛片101發(fā)生碰撞，所述第一樣品層103和所述第二樣品層104貼合， 所述第一樣品層103與所述第二樣品層104材質(zhì)相同，所述第一樣品層103的厚度小于所述 第二樣品層104的厚度，多個所述樣品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品祀的第一樣 品層103的厚度不相同。
[005引S2還包括，根據(jù)每個所述樣品祀中的所述第一樣品層103與所述第二樣品層104的 厚度差與拉伸應力持續(xù)時間的對應關系，利用公^^
其中，t為拉伸應力持續(xù)時間
[0化9] hi為第一樣品層103的厚度
[0060] h2為第二樣品層104的厚度
[0061] C為材料的平均聲速
[0062] 設置不同的第一樣品層103和第二樣品層104的厚度差，從而確定相應的拉伸應力 持續(xù)時間。為了便于實驗人員進行觀察和實驗，盡可能讓拉伸應力持續(xù)時間維持在所關注 的時間尺度范圍內(nèi)，即便于研究人員獲得對層裂演化過程的認識。通過對第一樣品層103和 第二樣品層104的厚度差進行控制進而達到對拉伸應力持續(xù)時間的控制，使得對拉伸應力 持續(xù)時間的控制更加簡單和便捷，便于實驗人員進行操作。
[0063] S3.每個飛片101與多個樣品祀對應，構(gòu)成一個沖擊實驗組，每個沖擊實驗組的多 個樣品祀相鄰設置，多個樣品祀的第一樣品層103與飛片101發(fā)生碰撞的一側(cè)位于同一平 面。
[0064] S4.對每個沖擊實驗組進行沖擊實驗，用每個沖擊實驗組中的飛片101撞擊每個沖 擊實驗組中對應的多個樣品祀，多個沖擊實驗組中的飛片101均W相同的速度撞擊對應的 樣品祀。
[00化]S5.包括利用任意反射面的速度干設儀(VISAR，Velocity interferometer system for any reflector)^時間為橫軸，W自由面粒子速度為縱軸，診斷并繪制自由面粒子速 度-時間圖，從圖中采集自由面粒子速度的最大值與第一個極小值的差值記為Au,采集自 由面粒子速度的最大值到第一個極小值所經(jīng)歷的時間記為A t，通過公
[0066] 其中擔為拉伸應變率
[0067] Cb為材料體波聲速
[0068] A U為自由面粒子速度的最大值與第一個極小值的差值
[0069] At為A U段所經(jīng)歷的時間
[0070] 計算出不同樣品祀的拉伸應變率。
[0071] 在本實施例中優(yōu)選地，利用任意反射面的速度干設儀（VI S A R，V e 1 O C i t y inte;rfe;rometer system for any reflector)記錄樣品勒!的自由面粒子速度隨時間的變 化。任意反射面的速度干設儀對自由面粒子速度進行測量，效率高、準確性強。通過對獲得 樣品損傷程度、微結(jié)構(gòu)和斷裂特征運些信息采集后，能夠?qū)\些數(shù)據(jù)進行分析，控制拉伸應 變率的變化，同時便于提供準確的實驗數(shù)據(jù)，觀察和分析不同的拉伸應力持續(xù)時間作為單 一變量所引起的層裂現(xiàn)象的差異。
[0072] 本實施例中還包括設置對照實驗組進行沖擊實驗，所述對照實驗組包括對照飛片 101和對照樣品祀，所述對照飛片101與所述飛片101的厚度和材質(zhì)均相同，所述對照樣品祀 的總厚度和材質(zhì)與所述樣品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，用所述對照飛片101撞擊所述對照 樣品祀，所述對照飛片101的速度與每個沖擊實驗組進行沖擊實驗時飛片101的速度均相 同。通過對照實驗組能夠得到一個基礎數(shù)據(jù)，通過實驗組和對照組的數(shù)據(jù)進行比對，能夠更 加清楚的比對分析出不同拉伸應力持續(xù)時間對層裂的影響。
[0073] 圖2是本發(fā)明第=實施例提供的W拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法采用的沖 擊實驗裝置的示意圖。如圖2所示，本發(fā)明第=實施例提供了一種應用于W上實施例的沖擊 實驗裝置，包括飛片101、回收套筒110和樣品祀，所述回收套筒110內(nèi)設有回收腔111，所述 回收套筒110的一端開設有多個樣品祀口，所述樣品祀口與所述回收腔111連通，所述回收 套筒110的另一端設有回收口 112,所述回收口 112與所述回收腔111連通，所述回收口 112設 有用于回收樣品祀的回收裝置113。
[0074] 每個所述樣品祀包括第一樣品層103、第二樣品層104和樣品回收艙114,所述樣品 回收艙114的一端設有開口，所述第一樣品層103和所述第二樣品層104嵌設在所述開口內(nèi)， 所述第一樣品層103設置在所述樣品回收艙114外側(cè)，用于與所述飛片101發(fā)生碰撞，所述第 二樣品層104設置在所述樣品回收艙114內(nèi)側(cè)，所述第一樣品層103和所述第二樣品層104貼f 合設置，所述第一樣品層103與所述第二樣品層104材質(zhì)相同，所述第一樣品層103的厚度小 于所述第二樣品層104的厚度，所述樣品回收艙114內(nèi)設有用于回收第二樣品層104的樣品 回收裝置113。
[0075] 多個所述樣品祀的第一樣品層103的厚度不相同，多個所述樣品祀嵌設在所述樣 品祀口內(nèi)，多個所述樣品祀的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品祀的第一樣品層103與飛 片IOI發(fā)生碰撞的一側(cè)位于同一平面。
[0076] 多個樣品祀的設有第一樣品層103和第二樣品層104,多個樣品祀的總厚度相同， 同時，多個樣品祀同時受到飛片101的撞擊，樣品祀受到的沖擊速度相同，能夠保證拉伸應 變率不變，通過第一樣品層103的厚度和第二樣品層104的厚度差改變，改變了壓縮波的卸 載時間，使得樣品祀內(nèi)拉伸應力持續(xù)時間也相應改變。同時，多個樣品祀并列設置，運樣大 大提高了實驗效率，飛片101-次撞擊能夠同時與多個樣品祀發(fā)生撞擊，保證了多個樣品祀 受到飛片101的相同的碰撞速度，提高了實驗進行的效率，同時克服了環(huán)境因素對撞擊速度 的的影響，進而保證了多個樣品祀受到的拉伸應力幅值相同。
[0077] 在本實施例中，將=個樣品祀環(huán)形陣列布置在回收套筒110上，環(huán)形陣列使得=個 樣品祀受到的沖擊力更加均勻，避免出現(xiàn)偏載的情況。在一次實驗中，通過飛片101撞擊分 別安裝于=個樣品祀上的第一樣品層103和第二樣品層104,使得樣品祀上的第一樣品層 103和第二樣品層104具有相同的初始加載速度，同時樣品祀的總厚度相同，實現(xiàn)對拉伸應 力幅值的解禪。由于樣品祀為第一樣品層103和第二樣品層104的組合設計，保證樣品祀具 有相同的總厚度，相同的總厚度和相同的碰撞速度保證了樣品祀的拉伸應變率相同。本實 驗實現(xiàn)了對沖擊下拉伸應力幅值和拉伸應變率的解禪，而不同樣品祀中第一樣品層103和 第二樣品層104的厚度差不同，使得各個樣品祀的拉伸應力持續(xù)時間不同，本實施例利用較 為簡單的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在實驗中對多個樣品祀的拉伸應力持續(xù)時間的單一變化的控制，能 有效的提高實驗效率和準確性，能夠獲得同一損傷演化路徑中的中間環(huán)節(jié)準確實驗信息和 數(shù)據(jù)。
[0078] S個樣品回收艙114采用圓周陣列，均勻布置在回收套筒110上。安裝過程中，S個 樣品祀的第一樣品層103的端面保持在同一平面上，確保與飛片101碰撞的同步性。碰撞發(fā) 生W后，受損的第二樣品層104分別進入各自的樣品回收艙114內(nèi)部?；厥仗淄?12后端安裝 回收艙蓋，配合緩沖材料對樣品回收艙114回收。
[0079] 相鄰樣品祀還設有對照沖擊實驗組，樣品祀和對照沖擊實驗組均設置在回收套筒 110上，對照沖擊實驗組的對照樣品祀采用圓臺設計，圓臺的小端面與飛片101發(fā)生撞擊，圓 臺的大端面遠離飛片101，碰撞后，樣品祀和對照樣品祀都經(jīng)過一段自由飛行，分別與回收 套筒110內(nèi)的緩沖材料接觸并減速，確?；厥盏挠行浴Ｅ鲎仓?，樣品祀的第一樣品層103外 輪廓大于第二樣品層104外輪廓，同時第二樣品層104采用圓臺設計，第二樣品層104的小端 面貼合第一樣品層103,第二樣品層104的大端面遠離第二樣品層104,使得第二樣品層104 在受到?jīng)_擊后更容易脫離回收套筒110。碰撞后，第一樣品層103受到限位作用不發(fā)生移動， 第二樣品層104從回收套筒110上脫離，進入樣品回收艙114內(nèi)，經(jīng)過一段自由飛行，與樣品 緩沖材料1157接觸并減速，保證只對第二樣品層104的完整回收，避免第一樣品層103和第 二樣品層104同時回收時，第一樣品層103對第二樣品層104的破壞。
[0080] 碰撞中，對照沖擊實驗組中的對照樣品祀同時與飛片101發(fā)生撞擊，對照樣品祀落 入到對照樣品回收艙114內(nèi)的回收裝置113,對所述對照樣品祀進行回收。
[0081] 本發(fā)明的目的是充分利用物理設計，克服現(xiàn)有技術(shù)中多個動力學條件禪合給理論 分析帶來的困難，通過解禪拉伸應力幅值和拉伸應變率，提供一種拉伸應力持續(xù)時間為單 一因素變量的動態(tài)實驗方案，從而有效的獲得更加準確的動態(tài)拉伸下材料的性能隨拉伸應 力持續(xù)時間的演化數(shù)據(jù)。
[0082] 第一樣品層103和第二樣品層104貼合，產(chǎn)生一個不能承受任何拉伸應力的分界面 102,當飛片101撞擊樣品祀后，從撞擊面分別向飛片101和樣品祀各產(chǎn)生一個碰撞面沖擊波 105,在飛片101內(nèi)的碰撞面沖擊波105的傳播方向朝向飛片101的自由面，即飛片101遠離碰 撞的一面，在樣品祀內(nèi)的碰撞面沖擊波105的傳播方向朝向樣品祀的自由面，即樣品祀中， 所述第二樣品層104遠離飛片101的一面。當運兩個沖擊波分別到達飛片101的自由面和第 二樣品層104的自由面后，會發(fā)生反射，形成反射稀疏波，形成右行稀疏波106和左行稀疏波 107。同時波的傳播方向發(fā)生改變，使得右行稀疏波106和左行稀疏波107在樣品祀中相遇， 造成樣品祀的拉伸區(qū)域。之后，當從第二樣品層104的自由面反射的左行稀疏波107傳播至 第一樣品層103與第二樣品層104的界面的時候，由于界面只能夠承受壓力而不能夠承受拉 伸力，該束稀疏波將會在分界面102位置再次進行反射，形成壓縮波109,同時壓縮波109的 傳播方向再次指向第二樣品層104的自由面，該壓縮波109所到之處應力變?yōu)榱悖K止了損 傷發(fā)展，通過改變第一樣品層103和第二樣品層104的厚度差，使得在第一樣品層103和第二 樣品層104進行反射的稀疏波形成的壓縮波的形成時間也發(fā)生了改變，樣品中拉伸應力持 續(xù)時間也相應改變，通過此種結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了實驗中對拉伸應力持續(xù)時間的控制的解禪。
[0083] 在本實施例中飛片101與樣品祀的碰撞速度可根據(jù)實際情況所需要的拉伸應力幅 值選擇。樣品祀的第一樣品層103和第二樣品層104的厚度差可根據(jù)對樣品損傷特性的時間 分辨率需求選擇。
[0084] 本實施例基于現(xiàn)有的加載和診斷技術(shù)條件，實現(xiàn)了對沖擊下拉伸應力幅值和拉伸 應變率的解禪。利用較為簡單的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在實驗中對多個樣品祀的拉伸應力持續(xù)時間 的單一變量的控制，能有效的提高實驗效率，同時準確獲得同一損傷演化路徑中的中間環(huán) 節(jié)實驗信息和數(shù)據(jù)。
[0085] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，其特征在于，包括：51. 制備多個飛片，多個所述飛片的材質(zhì)均相同；52. 制備多個樣品靶，每個所述樣品靶包括第一樣品層和第二樣品層，所述第一樣品層 與所述飛片發(fā)生碰撞，所述第一樣品層和所述第二樣品層貼合，所述第一樣品層與所述第 二樣品層材質(zhì)相同，所述第一樣品層的厚度小于所述第二樣品層的厚度，多個所述樣品靶 的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品靶的第一樣品層的厚度不相同；53. 每個飛片與多個樣品靶對應，構(gòu)成一個沖擊實驗組，每個沖擊實驗組的多個樣品靶 相鄰設置，多個樣品靶的第一樣品層與飛片發(fā)生碰撞的一側(cè)位于同一平面；54. 對每個沖擊實驗組進行沖擊實驗，用每個沖擊實驗組中的飛片撞擊每個沖擊實驗 組中對應的多個樣品靶，多個沖擊實驗組中的飛片均以相同的速度撞擊對應的樣品靶。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，其特征在于，所述以 拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法還包括設置對照實驗組進行沖擊實驗，所述對照實驗 組包括對照飛片和對照樣品靶，所述對照飛片與所述飛片的厚度和材質(zhì)均相同，所述對照 樣品靶的總厚度和材質(zhì)與所述樣品靶的總厚度和材質(zhì)均相同，用所述對照飛片撞擊所述對 照樣品靶，所述對照飛片的速度與每個沖擊實驗組進行沖擊實驗時飛片的速度均相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，其特征在于，在S2還 包括，根據(jù)每個所述樣品靶中的所述第一樣品層與所述第二樣品層的厚度差與拉伸應力持 續(xù)時間的對應關系，利用公式< =其中，t為拉伸應力持續(xù)時間 hi為第一樣品層的厚度 h2為第二樣品層的厚度 C為材料的平均聲速 設置不同的第一樣品層和第二樣品層的厚度差，從而確定相應的拉伸應力持續(xù)時間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法，其特征在于，S4之后 包括利用任意反射面的速度干涉儀（VISAR，Velocity interferometer system for any reflector)以時間為橫軸，以自由面粒子速度為縱軸，測試并繪制自由面粒子速度-時間 圖，從圖中采集自由面粒子速度的最大值與第一個極小值的差值記為Au，采集自由面粒子 速度的最大值到第一個極小值所經(jīng)歷的時間記為A t，通過公式^其中#為拉伸應變率 cb為材料體波聲速 △ u為自由面粒子速度的最大值與第一個極小值的差值 At為AU段所經(jīng)歷的時間 計算出不同樣品靶的拉伸應變率。5. -種應用于權(quán)利要求1-4任意一項所述的以拉伸應力持續(xù)時間為變量的實驗方法的 沖擊實驗裝置，其特征在于，包括飛片、回收套筒和樣品靶，所述回收套筒內(nèi)設有回收腔，所 述回收套筒的一端開設有多個樣品靶口，所述樣品靶口與所述回收腔連通，所述回收套筒 的另一端設有回收口，所述回收口與所述回收腔連通，所述回收口設有用于回收樣品靶的 回收裝置， 每個所述樣品靶包括第一樣品層、第二樣品層和樣品回收艙，所述樣品回收艙的一端 設有開口，所述第一樣品層和所述第二樣品層嵌設在所述開口內(nèi)，所述第一樣品層設置在 所述樣品回收艙外側(cè)，用于與所述飛片發(fā)生碰撞，所述第二樣品層設置在所述樣品回收艙 內(nèi)側(cè)，所述第一樣品層和所述第二樣品層貼合設置，所述第一樣品層與所述第二樣品層材 質(zhì)相同，所述第一樣品層的厚度小于所述第二樣品層的厚度，所述樣品回收艙內(nèi)設有用于 回收第二樣品層的樣品回收裝置， 多個所述樣品靶的第一樣品層的厚度不相同，多個所述樣品靶嵌設在所述樣品靶口 內(nèi)，多個所述樣品靶的總厚度和材質(zhì)均相同，多個所述樣品靶的第一樣品層與飛片發(fā)生碰 撞的一側(cè)位于同一平面。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖擊實驗裝置，其特征在于，所述第一樣品層的外廓尺寸大于 所述第二樣品層的外廓尺寸，所述第二樣品層呈圓臺狀，所述第二樣品層遠離所述回收裝 置一側(cè)的外廓尺寸小于所述第二樣品層靠近所述回收裝置一側(cè)的外廓尺寸。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖擊實驗裝置，其特征在于，所述回收裝置包括緩沖材料和回 收艙蓋，所述回收艙蓋嵌入所述回收口，所述緩沖材料貼合所述回收艙蓋設置。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的沖擊實驗裝置，其特征在于，所述樣品靶還包括探針，所述探 針穿設在所述樣品回收艙蓋中部，所述緩沖材料設有用于所述探針光信號測試的通孔。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖擊實驗裝置，其特征在于，所述沖擊實驗裝置還包括對照沖 擊實驗組，所述對照沖擊實驗組包括對照樣品靶、對照樣品回收艙和對照樣品回收裝置，所 述對照樣品回收艙的一端開設有對照樣品回收口，所述對照樣品回收口與所述對照樣品回 收艙連通，所述對照樣品靶嵌設在所述對照樣品回收口內(nèi)，所述對照樣品回收艙內(nèi)設有對 照樣品回收裝置，所述對照沖擊實驗組嵌設在所述樣品靶口內(nèi)，所述對照樣品靶與所述飛 片撞擊的一側(cè)與所述第一樣品層與所述飛片撞擊的一側(cè)位于同一平面。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的沖擊實驗裝置，其特征在于，所述樣品回收裝置包括樣品緩 沖材料和樣品回收艙蓋，所述樣品回收艙蓋嵌入所述對照樣品回收口，所述樣品緩沖材料 貼合所述樣品回收艙蓋設置。
【文檔編號】G01N3/30GK105954121SQ201610343557
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】裴曉陽, 賀紅亮, 彭輝, 李平, 劉坤, 孔令堯, 于繼東, 姚松林, 柏勁松
【申請人】中國工程物理研究院流體物理研究所