本發(fā)明涉及一種機(jī)械連接接頭高速沖擊試驗裝置，還涉及一種利用所述裝置進(jìn)行機(jī)械連接接頭高速沖擊試驗的方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)連接中，出于傳載的需要機(jī)械連接方法被廣泛使用。多數(shù)情況下，機(jī)械連接接頭受到?jīng)_擊載荷的作用，例如飛鳥對飛機(jī)撞擊、爆炸對結(jié)構(gòu)的沖擊、交通事故中的高速碰撞等。沖擊載荷作用下，機(jī)械連接接頭力學(xué)性能響應(yīng)與準(zhǔn)靜態(tài)加載下有很大不同，隨著沖擊速度的增加，結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)出剛度上升、屈服應(yīng)力增加、失效模式對應(yīng)變率敏感等現(xiàn)象。為了滿足機(jī)械連接接頭沖擊性能的設(shè)計和優(yōu)化要求，準(zhǔn)確有效的對結(jié)構(gòu)動態(tài)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測試十分必要。

機(jī)械連接接頭的剪切強(qiáng)度和拉脫強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)之一，其沖擊力學(xué)響應(yīng)通常采用落錘試驗和擺錘試驗進(jìn)行測量。落錘試驗和擺錘試驗均基于重力加載，很難實現(xiàn)高速沖擊加載，例如20m·s^-1沖擊速度要求沖擊高度達(dá)20m，不同沖擊應(yīng)變亦需要不同尺寸的落錘，試驗操作繁瑣。實際中，汽車撞擊速度從10m·s^-1～35m·s^-1不等，民用飛機(jī)鳥撞速度約250m·s^-1，殲擊機(jī)鳥撞速度更是達(dá)600m·s^-1以上，這些情況下落錘試驗和擺錘試驗顯然無法滿足接頭高速沖擊力學(xué)響應(yīng)測試要求。

針對落槌和擺錘試驗存在的問題，專利申請?zhí)枮?01210499101.9的發(fā)明公開了一種高速率單向拉伸試驗裝置及方法，該發(fā)明利用電磁力作為沖擊拉伸加載動力實現(xiàn)高速加載，利用高速攝像機(jī)測量拉伸速度和試件位移，最高拉伸速率達(dá)300m·s^-1。該發(fā)明的線圈固定在線圈支撐套內(nèi)，線圈兩端與放電電容連接，由高壓開關(guān)控制放電，試樣固定在兩個拉桿之間，兩個拉桿與底板連接，驅(qū)動片與底座可拆卸連接。然而，該發(fā)明僅針對材料試樣的高速拉伸沖擊本構(gòu)關(guān)系測量，無法實現(xiàn)機(jī)械連接接頭的高速沖擊剪切和拉脫性能測試。

上世紀(jì)60年代，波音公司為了解決錘鉚存在的問題，由huberaschmitt等人于率先開始研究電磁鉚接技術(shù)并申請了高壓電磁鉚接專利。隨后peterz對低壓電磁鉚接技術(shù)做了進(jìn)一步研究，于1988年申請了低電壓電磁鉚接的專利，并成立了electroimpact公司，極大的推進(jìn)了電磁鉚接技術(shù)的應(yīng)用。我國電磁鉚接技術(shù)起步于1981年，于1999年成功研制出低電壓電磁鉚接設(shè)備。目前，電磁鉚接技術(shù)已相對成熟，電磁鉚接沖擊力可實現(xiàn)較精確控制，且具有加載速率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有試驗裝置實用性差的不足，本發(fā)明提供一種機(jī)械連接接頭高速沖擊試驗裝置及試驗方法。所述裝置包括應(yīng)力波放大器、感應(yīng)線圈、放電線圈、拉伸桿、前夾頭、后夾頭、壓力傳感器、工作臺和緩沖板，實現(xiàn)了沖擊剪切裝置和拉脫試驗裝置一體化。所述試驗方法包括直截加載試驗方法和撞擊加載試驗方法。具有沖擊速度高，沖擊載荷幅值和脈寬精確控制的優(yōu)點，實用性好。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種機(jī)械連接接頭高速沖擊試驗裝置，其特點是：包括應(yīng)力波放大器1、感應(yīng)線圈2、放電線圈3、拉伸桿4、前夾頭6、后夾頭10、壓力傳感器14、工作臺15和緩沖板16。所述的應(yīng)力波放大器1為錐形結(jié)構(gòu)，中心開通孔，感應(yīng)線圈2為帶中心圓孔的圓餅形紫銅板，通過螺栓連接到應(yīng)力波放大器1上；放電線圈3為帶中心通孔的餅狀線圈，利用螺栓固定在工作臺15上，拉伸桿4分為拉伸短桿20和拉伸長桿21，拉伸短桿20用于長脈寬、中低速沖擊加載，一端帶凸臺，另一端有外螺紋，中間段為光桿，依次與放電線圈3、感應(yīng)線圈2和應(yīng)力波放大器1間隙配合，拉伸長桿21用于短脈寬、高速沖擊加載，其結(jié)構(gòu)與拉伸短桿20相同；前緊固螺母5與拉伸桿4的螺紋段連接；前夾頭6分為前拉脫夾頭22和前拉伸夾頭25，前拉脫夾頭22用于拉脫試驗，為c形帶彎鉤結(jié)構(gòu)，前拉伸夾頭25用于拉伸試驗，為c形結(jié)構(gòu)，在豎直方向開圓形通孔，兩前夾頭中心加工相同螺紋通孔；后夾頭10分為后拉脫夾頭23和后拉伸夾頭26，后拉脫夾頭23用于拉脫試驗，為c形帶彎鉤結(jié)構(gòu)，后拉伸夾頭26用于拉伸試驗，為c形結(jié)構(gòu)，在豎直方向開圓形通孔，兩后夾頭中心加工相同螺紋通孔；拉脫實驗時，拉脫試件24通過預(yù)緊力夾持到前拉脫夾頭22和后拉伸夾頭23之間；拉伸實驗時，剪切試件8通過前固定銷釘7和后固定銷釘9連接到前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26之間；固定軸12一端有外螺紋并分別與后夾頭10、后緊固螺母11螺紋連接，另一端帶凸臺，凸臺與壓力傳感器14表面接觸配合；固定板13、壓力傳感器14分別有等直徑的中心通孔，固定軸12通過中心通孔分別與固定板13、壓力傳感器14間隙配合；工作臺15對整體裝置提供支撐，緩沖板16為中空橡膠墊，為應(yīng)力波放大器1提供緩沖；放電電容17、等效電阻18、放電開關(guān)19串聯(lián)，控制放電線圈3放電。

一種利用上述裝置進(jìn)行機(jī)械連接接頭高速沖擊試驗的方法，其特點是采用以下步驟：包括直截加載沖擊剪切試驗方法和撞擊加載沖擊剪切試驗方法。

直截加載利用電磁力應(yīng)力波直截對試件實施沖擊加載，放電電壓控制最大等效撞擊速度，放電電容控制沖擊脈寬。根據(jù)rlc放電回路特征和電磁感應(yīng)原理，其加載過程中電磁力峰值計算公式為：

其中：fmax為電磁力峰值；k為rlc放電回路常數(shù)；u0為放電電壓。相應(yīng)的拉伸短桿20中最大加載應(yīng)力為：

其中：σmax為最大加載應(yīng)力；m為應(yīng)力波放大器1的倍數(shù)；s為感應(yīng)線圈2的面積。由于應(yīng)力波放大器1和拉伸短桿20材料和接觸面積均相同，其波阻抗一致，根據(jù)一維桿撞擊響應(yīng)方程得到最大等效撞擊速度計算公式：

其中：vmax為最大等效撞擊速度；ρ0為拉伸短桿20的密度；c0為應(yīng)力波在拉伸短桿20內(nèi)的傳播速度。將公式(2)代入公式(3)得到最大等效撞擊速度與放電電壓關(guān)系式：

直截加載方法下沖擊脈寬與電磁力脈寬相同，其大小等于rlc放電回路半周期，計算公式為：

其中：t為電磁力脈寬；l為放電回路等效電感值；c為放電電容17的電容量；r為放電回路等效電阻18的阻值。直截加載實現(xiàn)長脈寬、中低速沖擊測試加載，沖擊速度范圍為1m·s^-1～50m·s^-1，沖擊脈寬為0.5ms～6.5ms。

直截加載沖擊剪切試驗具體步驟為：

步驟一、安裝拉伸夾頭。拉伸桿4選用拉伸短桿20，并依次與放電線圈3、感應(yīng)線圈2和應(yīng)力波放大器1間隙配合，拉伸短桿20的凸臺端面與應(yīng)力波放大器1的小端面貼合，感應(yīng)線圈2與放電線圈3貼合。前夾頭6和后夾頭10分別選擇前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26，兩個拉伸夾頭分別與拉伸短桿20和固定軸12螺紋端連接。

步驟二、安裝剪切試件。剪切試件8通過前固定銷釘7和后固定銷釘9固定于兩個拉伸夾頭之間并夾緊，旋轉(zhuǎn)固定軸12，拉緊拉伸短桿20、剪切試件8和固定軸12。此時，拉伸短桿凸臺和應(yīng)力波放大器小端面緊密貼合，感應(yīng)線圈和放電線圈緊密貼合。調(diào)整前緊固螺母5固定前拉伸夾頭25，調(diào)整后緊固螺母11固定后拉伸夾頭26。

步驟三、設(shè)置放電參數(shù)。根據(jù)公式(4)設(shè)置放電電壓，根據(jù)公式(5)選擇電容。

步驟四、對放電電容17充電。

步驟五、實施沖擊。閉合放電開關(guān)19，放電電容17對放電線圈3放電激發(fā)變化的強(qiáng)磁場，感應(yīng)線圈2感生渦流電場并產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力以應(yīng)力波的形式通過應(yīng)力波放大器1并放大，放大后的應(yīng)力波通過拉伸短桿凸臺傳入拉伸短桿，最后對剪切試件8實施沖擊加載。同時，高速攝像機(jī)記錄剪切試件8的位移信息，壓力傳感器14記錄剪切試件8的拉力信息。

步驟六、數(shù)據(jù)處理。對位移和拉力信息進(jìn)行處理，獲得沖擊載荷下剪切試件8的力-位移響應(yīng)曲線。

直截加載沖擊拉脫試驗時，前夾頭6選擇前拉脫夾頭22，與拉伸短桿20螺紋端連接，后夾頭10選擇后拉脫夾頭23，與固定軸12螺紋端連接。拉脫試件24通過預(yù)緊力固定到前拉脫夾頭22和后拉脫夾頭23之間，重復(fù)步驟三至步驟六。

撞擊加載利用電磁沖擊力對應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2加速，放電電壓控制沖擊速度，應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2獲得較高速度后撞擊拉伸長桿21的凸臺，對試件實施沖擊加載。根據(jù)動量守恒定律，沖擊速度滿足公式：

其中：v為沖擊速度；m為應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2的總質(zhì)量；f(t)為電磁力的時間函數(shù)；t為時間。電磁力的時間函數(shù)滿足公式：

將公式(7)代入公式(6)并積分得到?jīng)_擊速度與放電電壓關(guān)系式：

利用高速攝像機(jī)測量應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2的實際速度。

撞擊加載沖擊剪切試驗具體步驟如下：

步驟一、安裝拉伸夾頭。拉伸桿4選擇對應(yīng)的拉伸長桿21，依次與放電線圈3、感應(yīng)線圈2、應(yīng)力波放大器1間隙配合。拉伸長桿凸臺端面距離應(yīng)力波放大器1的小端面200mm，感應(yīng)線圈2與放電線圈3貼合。前夾頭6和后夾頭10分別選擇對應(yīng)的前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26，兩個拉伸夾頭分別與拉伸長桿21和固定軸12螺紋端連接。

步驟二、設(shè)置放電參數(shù)。根據(jù)所需沖擊沖擊速度，利用公式(8)對放電電壓初步預(yù)測，對放電電容17充電，閉合放電開關(guān)19，放電電容17對放電線圈3放電，利用高速攝像機(jī)測量應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2的實際速度。

步驟三、安裝剪切試件。剪切試件8通過前固定銷釘7和后固定銷釘9固定于前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26之間并夾緊，調(diào)整前緊固螺母5固定前拉伸夾頭25，調(diào)整后緊固螺母11固定后拉伸夾頭26。移動應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2，使感應(yīng)線圈2與放電線圈3緊密貼合。此時，拉伸長桿21的凸臺端面遠(yuǎn)離應(yīng)力波放大器小端面。

步驟四、對放電電容17充電。

步驟五、實施沖擊。閉合放電開關(guān)19，放電電容17對放電線圈3放電，感應(yīng)線圈2與放電線圈3產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力對應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2加速，應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2飛離放電線圈1并高速撞擊拉伸長桿凸臺，拉伸長桿21內(nèi)形成高幅值應(yīng)力波對剪切試件8實施沖擊加載。同時，高速攝像機(jī)記錄撞擊速度和剪切試件8的位移信息，壓力傳感器14記錄剪切試件8的拉力信息；

步驟六、數(shù)據(jù)處理。對位移和拉力信息進(jìn)行處理，獲得沖擊載荷下剪切試件8的力-位移響應(yīng)曲線。

撞擊加載沖擊拉脫試驗時，前夾頭6選擇前拉脫夾頭22，與拉伸長桿21螺紋端連接，后夾頭10選擇后拉脫夾頭23，與固定軸12螺紋端連接。重復(fù)步驟二，通過預(yù)緊力將拉脫試件24固定到前拉脫夾頭22和后拉脫夾頭23之間，重復(fù)步驟四至步驟六。

本發(fā)明的有益效果是：所述裝置包括應(yīng)力波放大器、感應(yīng)線圈、放電線圈、拉伸桿、前夾頭、后夾頭、壓力傳感器、工作臺和緩沖板，實現(xiàn)了沖擊剪切裝置和拉脫試驗裝置一體化。所述試驗方法包括直截加載試驗方法和撞擊加載試驗方法。具有沖擊速度高，沖擊載荷幅值和脈寬精確控制的優(yōu)點，實用性好。

本發(fā)明通過拉伸夾頭和拉脫夾頭結(jié)構(gòu)互換，實現(xiàn)了8mm以下復(fù)合材料、鈦合金材料等多種材料單釘、多釘螺接接頭、鉚接接頭的高速沖擊剪切和拉脫試驗；本發(fā)明基于電磁鉚接技術(shù)，利用直截加載實現(xiàn)長脈寬、中低速沖擊測試加載，放電電壓控制最大等效沖擊速度，放電電容控制沖擊脈寬，沖擊速度范圍為1m·s^-1～50m·s^-1，沖擊脈寬為0.5ms～6.5ms；本發(fā)明利用撞擊加載實現(xiàn)窄脈寬、高速沖擊測試加載，放電電壓控制沖擊速度，驅(qū)動頭形狀控制沖擊脈寬，沖擊速度范圍為1m·s^-1～300m·s^-1。

以下結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明機(jī)械連接接頭高速沖擊試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中拉伸桿對應(yīng)的拉伸短桿及感應(yīng)線圈、應(yīng)力波放大器的剖視圖。

圖3是圖1中拉伸桿對應(yīng)的拉伸長桿及感應(yīng)線圈和應(yīng)力波放大器的剖視圖。

圖4是圖1中前、后夾頭對應(yīng)的前、后拉脫夾頭的等軸視圖。

圖5是圖1中前、后夾頭對應(yīng)的前、后拉伸夾頭的正視圖。

圖6是本發(fā)明相同電壓下電磁力重合度對比圖。

圖7是本發(fā)明沖擊脈寬與放電電容關(guān)系圖。

圖8是本發(fā)明不同電壓下直截加載剪切試驗力-位移圖。

圖中：1-應(yīng)力波放大器，2-感應(yīng)線圈，3-放電線圈，4-拉伸桿，5-前緊固螺母，6-前夾頭，7-前固定銷釘，8-剪切試件，9-后固定銷釘，10-后夾頭，11-后緊固螺母，12-固定軸，13-固定板，14-壓力傳感器，15-工作臺，16-緩沖板，17-放電電容，18-等效電阻，19-放電開關(guān)，20-拉伸短桿，21-拉伸長桿，22-前拉脫夾頭，23-后拉脫夾頭，24-拉脫試件，25-前拉伸夾頭，26-后拉伸夾頭。

具體實施方式

以下實施例參照圖1－8。

裝置實施例：

本發(fā)明基于電磁鉚接技術(shù)，利用電磁力對機(jī)械連接接頭實施沖擊加載，所述裝置包括應(yīng)力波放大器1、感應(yīng)線圈2、放電線圈3、拉伸桿4、前夾頭6、后夾頭10、壓力傳感器14、工作臺15和緩沖板16。應(yīng)力波放大器1為錐形結(jié)構(gòu)，中心開通孔，對電磁力應(yīng)力波進(jìn)行放大，感應(yīng)線圈2為帶中心圓孔的圓餅紫銅板，通過螺栓連接到應(yīng)力波放大器上；放電線圈3為帶中心通孔的餅狀線圈，利用螺栓固定在工作臺15上，提供強(qiáng)磁場；拉伸桿4包含拉伸短桿20和拉伸長桿21，拉伸短桿20用于長脈寬、中低速沖擊加載，末端帶凸臺，另一端加工外螺紋，中間段為光桿，依次與放電線圈3、感應(yīng)線圈2和應(yīng)力波放大器1間隙配合，拉伸長桿21用于短脈寬、高速沖擊加載，其結(jié)構(gòu)與拉伸短桿20相同，長度較拉伸短桿20長200mm；前緊固螺母5與拉伸桿螺紋段連接；前夾頭6包含前拉脫夾頭22和前拉伸夾頭25，前拉脫夾頭22用于拉脫試驗，c形帶彎鉤結(jié)構(gòu)，前拉伸夾頭25用于拉伸試驗，c形結(jié)構(gòu)，在豎直方向開圓形通孔，兩前夾頭中心加工相同螺紋通孔；后夾頭10包含后拉脫夾頭23和后拉伸夾頭26，后拉脫夾頭23用于拉脫試驗，c形帶彎鉤結(jié)構(gòu)，后拉伸夾頭26用于拉伸試驗，c形結(jié)構(gòu)，在豎直方向開圓形通孔，兩后夾頭中心加工相同螺紋通孔；拉脫實驗時，拉脫試件24通過預(yù)緊力夾持到前拉脫夾頭22和后拉脫夾頭23之間；拉伸實驗時，剪切試件8通過前固定銷釘7和后固定銷釘9連接到前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26之間；固定軸12末端加工外螺紋并分別于后夾頭10、后緊固螺母11連接，另一端帶凸臺，凸臺與壓力傳感器14表面接觸配合；固定板13、壓力傳感器14分別加工等直徑中心通孔，固定軸12通過中心通孔分別與固定板13、壓力傳感器14間隙配合；工作臺15對整體裝置提供支撐，緩沖板16為中空橡膠墊，為應(yīng)力波放大器1提供緩沖；放電電容17、等效電阻18、放電開關(guān)19串聯(lián)，控制放電線圈放電。各部件中心圓孔同軸。

通常情況下，剪切試驗通過拉伸方式實現(xiàn)，拉脫試驗通過壓縮方式實現(xiàn)。本發(fā)明設(shè)計了帶彎鉤的c形前拉脫夾頭22和后拉脫夾頭23，利用夾頭彎鉤將拉脫試驗以拉伸方式實現(xiàn)，同時前拉脫夾頭22、后拉脫夾頭23、前拉伸夾頭25、后拉伸夾頭26中心加工相同螺紋通孔，與拉伸桿4和固定軸12互換裝配，實現(xiàn)沖擊剪切和拉脫裝置一體化。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可完成8mm以下復(fù)合材料、鈦合金材料等多種材料單釘、多釘螺接接頭、鉚接接頭的高速沖擊試驗。

方法實施例：

為了滿足結(jié)構(gòu)沖擊性能測試對加載速度和精確控制的要求，本發(fā)明的試驗方法包括直截加載和撞擊加載。

直截加載利用電磁力應(yīng)力波直截對試件實施沖擊加載，放電電壓控制最大等效撞擊速度，放電電容控制沖擊脈寬。根據(jù)rlc放電回路特征和電磁感應(yīng)原理，其加載過程中電磁力峰值計算公式為：

其中：fmax為電磁力峰值；k為rlc放電回路常數(shù)；u0為放電電壓。相應(yīng)的拉伸短桿20中最大加載應(yīng)力為：

其中：σmax為最大加載應(yīng)力；m為應(yīng)力波放大器1的倍數(shù)；s為感應(yīng)線圈2的面積。由于應(yīng)力波放大器1和拉伸短桿20材料和接觸面積均相同，其波阻抗一致，根據(jù)一維桿撞擊響應(yīng)方程可得最大等效撞擊速度計算公式：

其中：vmax為最大等效撞擊速度；ρ0為拉伸短桿20的密度；c0為應(yīng)力波在拉伸短桿20內(nèi)的傳播速度。將公式(2)代入公式(3)可得最大等效撞擊速度與放電電壓關(guān)系式：

直截加載方法下沖擊脈寬與電磁力脈寬相同，其大小等于rlc放電回路半周期，計算公式為：

其中：t為電磁力脈寬；l為放電回路等效電感值；c為放電電容17的電容量；r為放電回路等效電阻18的阻值。直截加載實現(xiàn)長脈寬、中低速沖擊測試加載，沖擊速度范圍為1m·s^-1～50m·s^-1，沖擊脈寬為0.5ms～6.5ms。直截加載沖擊剪切試驗具體實施步驟為：

步驟一、安裝拉伸夾頭。拉伸桿4選用對應(yīng)的拉伸短桿20，并依次與放電線圈3、感應(yīng)線圈2和應(yīng)力波放大器1間隙配合，拉伸短桿凸臺端面與應(yīng)力波放大器1的小端面貼合，感應(yīng)線圈2與放電線圈3貼合。前夾頭6和后夾頭10分別選擇對應(yīng)的前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26，兩個拉伸夾頭分別與拉伸短桿20和固定軸12螺紋端連接。

步驟二、安裝剪切試件。剪切試件8通過前固定銷釘7和后固定銷釘9固定于兩個拉伸夾頭之間并夾緊，旋轉(zhuǎn)固定軸12，拉緊拉伸短桿20、剪切試件8和固定軸12。此時，拉伸短桿凸臺和應(yīng)力波放大器小端面緊密貼合，感應(yīng)線圈和放電線圈緊密貼合。調(diào)整前緊固螺母5固定前拉伸夾頭25，調(diào)整后緊固螺母11固定后拉伸夾頭26。

步驟三、設(shè)置放電參數(shù)。根據(jù)公式(4)設(shè)置放電電壓，根據(jù)公式(5)選擇合適的電容。

步驟四、外電路對放電電容17充電。

步驟五、實施沖擊。閉合放電開關(guān)19，放電電容17對放電線圈3放電激發(fā)變化的強(qiáng)磁場，感應(yīng)線圈2感生渦流電場并產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力以應(yīng)力波的形式通過應(yīng)力波放大器1并放大，放大后的應(yīng)力波通過拉伸短桿凸臺傳入拉伸短桿，最后對剪切試件8實施沖擊加載。同時，高速攝像機(jī)記錄剪切試件8的位移信息，壓力傳感器14記錄剪切試件8的拉力信息。

步驟六、數(shù)據(jù)處理。對位移和拉力信息進(jìn)行處理，獲得沖擊載荷下剪切試件8的力-位移響應(yīng)曲線。

直截加載沖擊拉脫試驗時，前夾頭6選擇前拉脫夾頭22，與拉伸短桿20螺紋端連接，后夾頭10選擇后拉脫夾頭23，與固定軸12螺紋端連接。拉脫試件24通過預(yù)緊力固定到前拉脫夾頭22和后拉脫夾頭23之間，重復(fù)步驟三至步驟六。

撞擊加載利用電磁沖擊力對應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2加速，放電電壓控制沖擊速度，應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2獲得較高速度后撞擊拉伸長桿21的凸臺，對試件實施沖擊加載。根據(jù)動量守恒定律，沖擊速度滿足公式：

其中：v為沖擊速度；m為應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2的總質(zhì)量；f(t)為電磁力的時間函數(shù)；t為時間。其中電磁力的時間函數(shù)滿足公式：

將公式(7)代入公式(6)并積分可得沖擊速度與放電電壓關(guān)系式：

此計算式對沖擊速度進(jìn)行初步預(yù)測，試驗時利用高速攝像機(jī)測量應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2的實際速度，最后調(diào)整電壓使實際速度與測量要求一致。撞擊加載實現(xiàn)低脈寬、高速沖擊測試加載，沖擊速度范圍為1m·s^-1～300m·s^-1，沖擊脈寬較短。本發(fā)明撞擊加載沖擊剪切試驗具體步驟如下：

步驟一、安裝拉伸夾頭。拉伸桿4選擇對應(yīng)的拉伸長桿21，依次與放電線圈3、感應(yīng)線圈2、應(yīng)力波放大器1間隙配合。拉伸長桿凸臺端面距離應(yīng)力波放大器1的小端面200mm，感應(yīng)線圈2與放電線圈3貼合。前夾頭6和后夾頭10分別選擇對應(yīng)的前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26，兩個拉伸夾頭分別與拉伸長桿21和固定軸12螺紋端連接。

步驟二、設(shè)置放電參數(shù)。根據(jù)所需沖擊沖擊速度，利用公式(8)對放電電壓初步預(yù)測，對放電電容17充電，閉合放電開關(guān)19，放電電容17對放電線圈3放電，利用高速攝像機(jī)測量應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2的實際速度，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整放電電壓使實際速度與測量要求一致。

步驟三、安裝剪切試件。剪切試件8通過前固定銷釘7和后固定銷釘9固定于前拉伸夾頭25和后拉伸夾頭26之間并夾緊，調(diào)整前緊固螺母5固定前拉伸夾頭25，調(diào)整后緊固螺母11固定后拉伸夾頭26。移動應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2，使感應(yīng)線圈2與放電線圈3緊密貼合。此時，拉伸長桿凸臺端面遠(yuǎn)離應(yīng)力波放大器小端面。

步驟四、外電路對放電電容17充電。

步驟五、實施沖擊。閉合放電開關(guān)19，放電電容17對放電線圈3放電，感應(yīng)線圈2與放電線圈3產(chǎn)生電磁斥力，電磁斥力對應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2加速，應(yīng)力波放大器1和感應(yīng)線圈2飛離放電線圈1并高速撞擊拉伸長桿凸臺，拉伸長桿21內(nèi)形成高幅值應(yīng)力波對剪切試件8實施沖擊加載。同時，高速攝像機(jī)記錄撞擊速度和剪切試件8的位移信息，壓力傳感器14記錄剪切試件8的拉力信息；

步驟六、數(shù)據(jù)處理。對位移和拉力信息進(jìn)行處理，獲得沖擊載荷下剪切試件8的力-位移響應(yīng)曲線。

在進(jìn)行撞擊加載沖擊拉脫試驗時，前夾頭6選擇前拉脫夾頭22，與拉伸長桿21螺紋端連接，后夾頭10選擇后拉脫夾頭23，與固定軸12螺紋端連接。重復(fù)步驟二，通過預(yù)緊力將拉脫試件24固定到前拉脫夾頭22和后拉脫夾頭23之間，重復(fù)步驟四至步驟六。