一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载方法

1.本发明属于金属材料测试领域，特别涉及一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载方法，主要用于金属板件双向拉伸试验。


背景技术：

2.金属管件单向拉伸试验测试结果，不但可以对产品设计进行优化，而且可用于对产品质量的检测。现有金属管件单向拉伸试验中，采用机械力加载，存在以下问题：机械夹持施力点存在应力集中，会影响单向拉伸试验结果；加载速度慢，属于准静态加载，无法模拟高应变率下的单向拉伸材料属性。
3.中国专利“一种大尺寸金属管件拉伸方法(cn 106424176 a)”公开了一种大尺寸金属管件拉伸方法，采用辅助槽上的圆形槽体使得金属管件两端在敲打和加紧的过程中不易使金属管件的未开设辅助槽的部分变形。然而采用机械加载不可避免的存在夹持点的应力集中。
4.中国专利“碳纤维增强树脂基薄壁复合材料管件拉伸性能测试方法(cn 105403457 b)”公开了一种碳纤维增强树脂基薄壁复合材料管件拉伸性能测试方法，采用胶接连接技术替代机械连接技术制备碳纤维增强树脂基薄壁复合材料管件力学拉伸试验件，并设计转接夹具将拉伸试验件装卡在力学试验机上，然后对拉伸试验件进行加载，最后得到破坏载荷和相应的变形值。该发明解决了现有碳纤维增强树脂基复合材料管材力学性能测试方法不适用于薄壁复合材料管件的问题，通过采用新型拉伸试验件制备方法，避免了机械连接导致的金属接头破坏管件的问题，为碳纤维薄壁复合材料管件提供了一种新的试验方法。然而该方法只适用于碳纤维材料，不适用于金属管件。


技术实现要素：

5.本发明提供一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载装置及方法，可为待测试金属管件提供均匀的单向拉伸电磁力；因为不存在夹持点，不存在夹持点应力集中现象；同时通过改变电磁力的脉宽，可实现不同应变率的加载。
6.本发明采取的技术方案为：
7.一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载装置，包括：
8.位于待测试金属管件上端的第一环型磁轭、位于待测试金属管件下端的第二环型磁轭；
9.所述第一、二环型磁轭的截面呈一带间隙的矩形框架型，第一环型磁轭的间隙开设于矩形框架型下边，第二环型磁轭的间隙开设于矩形框架型上边；所述第一、二环型磁轭用于构成恒定磁场磁回路；
10.所述第一环型磁轭的空腔内设有第一恒定磁场线圈，所述第二环型磁轭的空腔内设有第二恒定磁场线圈；所述第一、二恒定磁场线圈用于在待测试金属管件端部产生径向恒定磁场；第一恒定磁场线圈、第二恒定磁场线圈分别连接第一直流电源、第二直流电源；
11.所述第一环型磁轭的空腔内设有第一脉冲磁场线圈，所述第二环型磁轭的空腔内设有第二脉冲磁场线圈；所述第一、二脉冲磁场线圈用于在待测试金属管件端部产生感应涡流；所述第一、二脉冲磁场线圈均开有一轴向通槽，通槽的位置与环型磁轭的间隙对应；第一脉冲磁场线圈、第二脉冲磁场线圈分别连接第一脉冲电源、第二脉冲电源。
12.所述间隙的宽度较待测试金属管件的壁厚大0.2
‑
0.5mm。
13.所述第一、二环型磁轭由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制而成。
14.所述第一恒定磁场线圈靠近第一环型磁轭内部上部区域，第二恒定磁场线圈靠近第二环型磁轭的空腔内部下部区域。
15.所述待测试金属管件为一圆形管件；待测试金属管件厚度为2
‑
5mm；待测试金属管件的上、下两端分别位于第一环型磁轭3.1、第二环型磁轭的间隙内，且待测试金属管件和环型磁轭的中心轴重合。
16.一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载方法，将待测试金属管件的上、下两端分别设置于第一环型磁轭的间隙内和第二环型磁轭的间隙内，并使其与两套环型磁轭的中心轴重合；
17.采用直流电源给第一、二恒定磁场线圈供电，在环型磁轭和间隙中产生恒定磁场，其中间隙处的待测试金属管件中的恒定磁场为径向分量；
18.采用脉冲电源给第一、二脉冲磁场线圈供电，产生脉冲电流、变化的磁场，变化的磁场在待测试金属管件中产生环向感应涡流；
19.径向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生轴向脉冲电磁力；待测试金属管件的上端受到向上的轴向电磁力，同一时刻待测试金属管件的下端受到向下的轴向电磁力，完成单向拉伸试验。
20.径向向外的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生向上的轴向电磁力；或者径向向内的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生向上的轴向电磁力。
21.径向向外的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生向下的轴向电磁力；或者径向向内的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生向下的轴向电磁力。
22.调节脉冲电源的电容大小和脉冲磁场线圈的电感，能够实现不同应变率的加载。
23.调节直流电源的电压和脉冲磁场线圈的脉冲电流，能够实现不同电磁力大小的加载。
24.本发明一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载装置及方法，优点在于：
25.1、可为待测试金属管件提供均匀的单向拉伸电磁力；
26.2、因为不存在夹持点，不存在夹持点应力集中现象；
27.3、同时通过改变电磁力的脉宽，可实现不同应变率的加载。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
29.图1为适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载装置2/3剖面示意图。
30.图2为脉冲磁场线圈的脉冲电流示意图。
31.其中：
32.1.1
‑
第一恒定磁场线圈，1.2
‑
第二恒定磁场线圈；
33.2.1
‑
第一脉冲磁场线圈，2.2
‑
第二脉冲磁场线圈；
34.3.1
‑
第一环型磁轭，3.2
‑
第二环型磁轭；
35.4.1
‑
第一脉冲电源，4.2
‑
第二脉冲电源；
36.5.1
‑
第一直流电源，5.2
‑
第二直流电源；
[0037]6‑
待测试金属管件；
[0038]7‑
脉冲电流。
具体实施方式
[0039]
一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载装置，包括：
[0040]
位于待测试金属管件6上端的第一环型磁轭3.1、位于待测试金属管件6下端的第二环型磁轭3.2；
[0041]
所述第一、二环型磁轭的截面呈一带间隙的矩形框架型，第一环型磁轭3.1的间隙开设于矩形框架型下边，第二环型磁轭3.2的间隙开设于矩形框架型上边；所述第一、二环型磁轭用于构成恒定磁场磁回路；
[0042]
所述第一环型磁轭3.1的空腔内设有第一恒定磁场线圈1.1，所述第二环型磁轭3.2的空腔内设有第二恒定磁场线圈1.2；所述第一、二恒定磁场线圈用于在待测试金属管件6端部产生径向恒定磁场；第一恒定磁场线圈1.1、第二恒定磁场线圈1.2分别连接第一直流电源5.1、第二直流电源5.2；
[0043]
所述第一环型磁轭3.1的空腔内设有第一脉冲磁场线圈2.1，所述第二环型磁轭3.2的空腔内设有第二脉冲磁场线圈2.2；所述第一、二脉冲磁场线圈用于在待测试金属管件6端部产生感应涡流；所述第一、二脉冲磁场线圈均开有一轴向通槽，通槽的位置与环型磁轭的间隙对应；第一脉冲磁场线圈2.1、第二脉冲磁场线圈2.2分别连接第一脉冲电源4.1、第二脉冲电源4.2。
[0044]
所述间隙的宽度较待测试金属管件6的壁厚大0.2
‑
0.5mm。便于待测试金属管件6置于间隙内部，所以间隙的宽度要较待测试金属管件6的厚度大，同时大的程度又不能过大，过大会导致漏磁通较多，减弱电磁力。
[0045]
所述第一、二环型磁轭由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制而成。第一、二环型磁轭由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制,可使第一、二环型磁轭中没有感应涡流，减少损耗。硅钢片过薄成本增加，过厚则损耗增加。
[0046]
所述第一、二恒定磁场线圈都是传统的线圈，由铜线绕制而成，几何尺寸以能同时和第一、二脉冲磁场线圈放置在第一、二环型磁轭的矩形框架型内部为限制。
[0047]
所述第一、二脉冲磁场线圈都是传统的线圈，由铜线绕制而成，几何尺寸以能同时和第一、二脉冲磁场线圈放置在第一、二环型磁轭的矩形框架型内部为限制。
[0048]
所述第一、二直流电源采用直流蓄电池400v。
[0049]
所述第一、二脉冲电源采用脉冲电容器100uf。
[0050]
所述第一恒定磁场线圈1.1靠近第一环型磁轭3.1的空腔内部上部区域，第二恒定磁场线圈1.2靠近第二环型磁轭3.2的空腔内部下部区域。
[0051]
所述待测试金属管件6为一圆形管件；待测试金属管件6厚度为2
‑
5mm；待测试金属管件6的上、下两端分别位于第一环型磁轭3.1、第二环型磁轭3.2的间隙内，且待测试金属
管件6和环型磁轭的中心轴重合。
[0052]
一种适用于金属管件单向拉伸试验的脉冲力加载方法，
[0053]
将待测试金属管件6的上、下两端分别设置于第一环型磁轭3.1的间隙内和第二环型磁轭3.2的间隙内，并使其与两套环型磁轭的中心轴重合；
[0054]
采用直流电源给第一、二恒定磁场线圈供电，在环型磁轭和间隙中产生恒定磁场，其中间隙处的待测试金属管件6中的恒定磁场为径向分量；此时的恒定磁场以径向为主，忽略轴向分量。
[0055]
采用脉冲电源给第一、二脉冲磁场线圈供电，产生脉冲电流、变化的磁场，变化的磁场在待测试金属管件6中产生环向感应涡流；
[0056]
径向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生轴向脉冲电磁力f＝j
×
b，即电流和磁场作用可以产生力，这里径向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生轴向向下或向上的脉冲电磁力。待测试金属管件6的上端受到向上的轴向电磁力，同一时刻待测试金属管件6的下端受到向下的轴向电磁力，完成单向拉伸试验。
[0057]
径向向外的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生向上的轴向电磁力；或者径向向内的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生向上的轴向电磁力。
[0058]
径向向外的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生向下的轴向电磁力；或者径向向内的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生向下的轴向电磁力。
[0059]
调节脉冲电源的电容大小和脉冲磁场线圈的电感，能够实现不同应变率的加载。脉冲电源的电容和脉冲磁场线圈的电感均能改变电磁力的脉宽，脉宽越小，说明变化率越快，就能实现更快的应变率加载。
[0060]
调节直流电源的电压和脉冲磁场线圈的脉冲电流，能够实现不同电磁力大小的加载。电磁力的大小由感应涡流和恒定磁场成正比，调节直流电源的电压可改变恒定磁场，调节脉冲磁场线圈的脉冲电流可改变感应涡流，故能实现不同电磁力大小的加载。
[0061]
实施例：
[0062]
按照图1所示，将待测试金属管件6的两端分别设于第一、二环型磁轭的间隙内，并使其与两套环型磁轭的中心轴重合；采用第一直流电源5.1、第二直流电源5.2分别给第一、二恒定磁场线圈供电，在环型磁轭和间隙中产生恒定磁场，其中间隙处的待测试金属管件6中的恒定磁场为径向分量；
[0063]
采用第一脉冲电源4.1、第二脉冲电源4.2分别给第一脉冲磁场线圈2.1、第二脉冲磁场线圈2.2供电，产生脉冲电流7、变化的磁场，变化的磁场在待测试金属管件6中产生环向感应涡流；
[0064]
径向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生轴向脉冲电磁力；待测试金属管件6的上端受到向上的轴向电磁力，同一时刻待测试金属管件6的下端受到向下的轴向电磁力，完成单向拉伸试验。