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一種自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，包括三片角度為120度的扇形石英晶體薄片拼裝而成的圓形薄片，三片石英晶體薄片用兩片導(dǎo)電金屬薄片包裹，每片石英晶體薄片的兩表面分別設(shè)有銅箔作為電荷導(dǎo)出極，相鄰兩片石英晶體薄片之間絕緣處理，石英晶體薄片與導(dǎo)電金屬薄片之間絕緣處理。三片石英晶體薄片分別為0°X切型、30°X切型和60°X切型，切型標(biāo)準(zhǔn)按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)。能適應(yīng)沖擊波的測試，且具有自檢驗功能，能同時進行復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的動態(tài)壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的測試。
【專利說明】一種自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的動態(tài)力學(xué)性能的測試計，尤其涉及一種自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的動態(tài)力學(xué)性能的研究對于科學(xué)研究和工程應(yīng)用都有著重要的作用。研究復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的動態(tài)力學(xué)性能能夠更準(zhǔn)確地研究材料的力學(xué)性能機理，也是研究材料本構(gòu)關(guān)系的非常必要且必須的手段。壓應(yīng)力和剪應(yīng)力是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料受力狀態(tài)中的主要部分。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的測試技術(shù)主要進行沖擊壓力的測試。唐志平等發(fā)展的雙磁場粒子速度計，實現(xiàn)了沖擊壓力和剪切強度的測試，但僅適用于磁不敏感材料，且存在分析結(jié)果的不確定性；盧芳云等采用鈮酸鋰壓力計進行了動態(tài)剪應(yīng)力的測量。
[0004]中國專利ZL201110451900.4實現(xiàn)了動態(tài)下的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的測試，但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn):在沖擊實驗測試中存在兩個缺點:
[0005](I)壓剪應(yīng)力計具有較大的厚度，增加了波形測量的誤差；(2)測試結(jié)果的精度和可靠性不易考核。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可以同時測量動態(tài)下材料所受的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，并對測試結(jié)果具有自檢驗?zāi)芰Φ淖詸z驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，包括三片石英晶體薄片拼裝而成的整體薄片，三片石英晶體薄片用兩片導(dǎo)電金屬薄片包裹，每片石英晶體薄片的兩表面分別設(shè)有銅箔作為電荷導(dǎo)出極，相鄰兩片石英晶體薄片之間絕緣處理，石英晶體薄片與導(dǎo)電金屬薄片之間絕緣處理。
[0009]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，由于包括三片石英晶體薄片拼裝而成的整體薄片，三片石英晶體薄片用兩片導(dǎo)電金屬薄片包裹，每片石英晶體薄片的兩表面分別設(shè)有銅箔作為電荷導(dǎo)出極，相鄰兩片石英晶體薄片之間絕緣處理，石英晶體薄片與導(dǎo)電金屬薄片之間絕緣處理?？梢酝瑫r測量動態(tài)下材料所受的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，并對測試結(jié)果具有自檢驗?zāi)芰Α?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1a為本發(fā)明實施例提供的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖1b為本發(fā)明實施例提供的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實施例中三種X切石英晶體薄片；
[0013]圖3為自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計在Hopkinson壓桿正撞擊標(biāo)定實驗中的安裝圖；[0014]圖4為自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計在Hopkinson壓桿斜撞擊標(biāo)定實驗中的安裝圖；
[0015]圖5為自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計在Hopkinson壓桿實驗中的安裝圖；
[0016]圖6為自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計在輕氣炮平板撞擊試驗中的安裝圖。
[0017]圖中標(biāo)示名稱:
[0018]1，2，3-石英晶體薄片；4，5_金屬薄片；6，7，8，9，10，11_銅箔；12_使用時箭頭方向朝上；
[0019]21-子彈，22-入射桿，23-自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，24-透射桿，25-樣品，26-彈托，27-飛片。
【具體實施方式】
[0020]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0021]本發(fā)明的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，其較佳的【具體實施方式】是:
[0022]包括三片石英晶體薄片拼裝而成的整體薄片，三片石英晶體薄片用兩片導(dǎo)電金屬薄片包裹，每片石英晶體薄片的兩表面分別設(shè)有銅箔作為電荷導(dǎo)出極，相鄰兩片石英晶體薄片之間絕緣處理，石英晶體薄片與導(dǎo)電金屬薄片之間絕緣處理。
[0023]所述三片石英晶體薄片都是角度為120度的扇形薄片，拼裝成圓形薄片。
[0024]所述三片石英晶體薄片分別為O。X切型、30° X切型和60° X切型，切型標(biāo)準(zhǔn)按照ffiEE標(biāo)準(zhǔn)。
[0025]所述兩片金屬薄片中至少一片金屬薄片的邊緣做成槽型扣在所述石英晶體薄片的邊緣。
[0026]本發(fā)明的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，利用壓電晶體壓電系數(shù)的各向異性特性，用三片不同切向的壓電晶體進行組合，以同時測試復(fù)雜動態(tài)加載過程的沖擊壓應(yīng)力和沖擊剪應(yīng)力；其中兩片壓電晶體能夠同時測出壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，而第三片壓電晶體具有檢驗結(jié)果的功能。
[0027]本發(fā)明能適應(yīng)沖擊波的測試，可將測試計的厚度減小一半，而且具有自檢驗功能。能同時進行復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的動態(tài)壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的測試。
[0028]具體實施例:
[0029]如圖la、圖1b所示,包括兩片導(dǎo)電金屬薄片4、5、三片石英晶體薄片1、2、3和銅箔
6、7、8、9、10、11等。三片石英晶體薄片1、2、3都是角度為120度的扇形薄片，拼裝成圓形薄片，相互之間利用絕緣膠隔開以避免兩個石英晶體薄片的電荷互相影響。兩片金屬薄片4、5將三片石英晶體薄片包住，其中金屬薄片5兩邊做成槽型以固定石英晶體薄片，起到保護石英晶體薄片的作用。金屬薄片與石英晶體薄片接觸的一面做絕緣處理，避免各石英晶體薄片產(chǎn)生的電荷發(fā)生相互影響。三片石英晶體薄片產(chǎn)生的電荷各由兩片銅箔出和7，8和9，10和11)導(dǎo)出。其中銅箔夾在導(dǎo)電金屬薄片與石英晶體薄片之間，銅箔6、8、10在背面，銅箔7、9、11在正面。
[0030]如圖2所示，三片石英晶體薄片分別為0° X切型、30° X切型和60° X切型，切型標(biāo)準(zhǔn)都按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)。
[0031]由于三種X切型石英晶體薄片都能測得壓應(yīng)力信號和剪應(yīng)力信號，通過最小二乘法擬合可以得到最佳的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力靈敏度系數(shù)，還可以通過某兩個石英晶體薄片的信號推算壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的靈敏度系數(shù)，通過第三個石英晶體薄片的數(shù)據(jù)來檢驗靈敏度系數(shù)的誤差。這樣就可以分別得到動態(tài)壓剪復(fù)合加載過程中的壓縮信號和剪切信號而且實現(xiàn)了自檢驗的目的。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明有如下優(yōu)點:
[0033]1.石英晶體薄片的壓電信號較強，壓電系數(shù)矩陣簡單，壓電性能穩(wěn)定，已大量應(yīng)用于壓力測試中。由此得到的測試結(jié)果易于分析，可靠度比較高。
[0034]2.實現(xiàn)了對復(fù)雜動態(tài)應(yīng)力狀態(tài)下,壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的同時測量。
[0035]3.較之前的動態(tài)壓剪應(yīng)力計而言，厚度大大減小了，這樣就很大程度上減少了由于壓剪應(yīng)力計厚度對測試波形的影響。
[0036]4.實現(xiàn)了自檢驗的功能，可保證測試結(jié)果的一致性。
[0037]具體應(yīng)用實例:
[0038](I)動態(tài)壓剪應(yīng)力計的標(biāo)定:
[0039]動態(tài)壓剪應(yīng)力計的標(biāo)定系數(shù)須根據(jù)圖3和圖4的安裝方式進行兩種測試。以Hopkinson壓桿實驗為例,一種測試為正撞擊測試(圖3),即常規(guī)SHPB實驗；一種測試為斜撞擊實驗(圖4)。根據(jù)載荷分解的一般處理方法，可分別計算得到壓應(yīng)力和剪應(yīng)力-靈敏度系數(shù)。更高的沖擊壓力可采用輕氣炮平板撞擊技術(shù)進行標(biāo)定，標(biāo)定原則與Hopkinson壓桿實驗相同。
[0040](2)動態(tài)壓剪應(yīng)力計的安裝和實驗應(yīng)用:
[0041]動態(tài)壓剪應(yīng)力計在Hopkinson桿實驗中的安裝如圖5所示。在樣品的兩側(cè)分別放置一個應(yīng)力計，按常規(guī)SHPB實驗方法進行實驗，將得到的任意兩個石英晶體薄片的電壓信號分解可以得到壓應(yīng)力的信號和剪應(yīng)力的信號，再通過壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的靈敏度系數(shù)可以得到試件中的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，由此可以得到?jīng)_擊過程樣品前后兩個表面的壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。將測得的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，與第三個石英晶體薄片的信號比較，即可檢驗所測信號的準(zhǔn)確性。
[0042]動態(tài)壓剪應(yīng)力計在平板斜撞擊實驗中的安裝如圖6所示。對單個或多個樣品均可，將第一個應(yīng)力計安裝在第一個樣品的前面，以測試初始沖擊的壓力和剪切應(yīng)力；將第二個應(yīng)力計安裝在第一個樣品與第二個樣品之間，已測試沖擊載荷經(jīng)過第一個樣品之后傳遞過來的壓力和剪切應(yīng)力；以此類推。將此試樣按照常規(guī)輕氣炮實驗方法進行實驗，可以得到試樣不同深度處的壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。其數(shù)據(jù)處理方法與Hopkinson壓桿實驗中一致，在此不再贅述。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，其特征在于，包括三片石英晶體薄片拼裝而成的整體薄片，三片石英晶體薄片用兩片導(dǎo)電金屬薄片包裹，每片石英晶體薄片的兩表面分別設(shè)有銅箔作為電荷導(dǎo)出極，相鄰兩片石英晶體薄片之間絕緣處理，石英晶體薄片與導(dǎo)電金屬薄片之間絕緣處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，其特征在于，所述三片石英晶體薄片都是角度為120度的扇形薄片，拼裝成圓形薄片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，其特征在于，所述三片石英晶體薄片分別為0° X切型、30° X切型和60° X切型，切型標(biāo)準(zhǔn)按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的自檢驗式動態(tài)壓剪應(yīng)力計，其特征在于，所述兩片金屬薄片中至少一片金屬薄片的邊緣做成槽型扣在所述石英晶體薄片的邊緣。
【文檔編號】G01L1/16GK104006904SQ201410206619
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】徐松林, 章超, 周李姜, 張磊 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)