金属材料波速测量.doc

金属材料波速测量一、 实验目的1、 测定不同材料细长杆中压力波的波速。2、 验证不同的冲击速度对应力波的波速没有影响。3、 熟悉动态电阻应变仪和瞬态波形存储仪的操作使用。二、 实验设备1、 CS-1D超动态电阻应变仪。2、 IDTS瞬态波形存储仪(泰克示波器)。3、 分离式霍普金森压杆。三、 实验原理1、 应力波：如果在介质的某个地方突然发生了一种状态的扰动，例如杆端受到了冲击，使得该处的应力突然升高，和周围介质之间产生了压力差，这种压力差将导致周围介质质点投入运动，处于运动的质点微团的前进，又进一步把动量传递给后继的质点微团并使后者变形。象这样一点的扰动就有近及远地传播出去不断扩大其影响。这种扰动的传播现象就是应力波。通常的声波、超声波、地震波、爆炸产生的冲击波等等都是应力波的例子。2、 应力波的分类：a. 纵波：位移的方向与波传播的方向平行，这种波称为纵波。纵波又叫无旋波，人们也常用膨胀波或P波（Primary或Pressure wave）来称呼它。纵波固体材料中的传播速度为CL=(+2)/p1/2 （2-1）其中，是拉梅系数，是剪切弹性模量，。纵波又包括压缩波和拉伸波。压缩波的传播有一个特点，即扰动引起的介质质点的运动方向和波的传播方向一致，而拉伸波波后介质的质点的运动方向和波的传播方向相反。b.横波：位移的方向与波传播的方向垂直，这种波称为横波。横波又叫旋转波，剪切波及S波（Shear wave 或 Secondary wave）。横波固体材料中的传播速度为CT= (/p)1/2 （2-2）对于横波，设传播方向P在xy平面内，若质点的位移u的方向也在xy平面内，我们称之为垂直极化的横波，简称为TV波或SV波。若位移u的方向沿iz方向，我们称之为水平极化的横波，简称为TH波或SH波。3、 波阵面：在介质中以扰动的区域和扰动还未波及的区域之间的界面就是应力波的波阵面。波的传播方向指的就是波阵面的推进方向。4、 分离式霍普金森压杆：分离式霍普金森压杆又称为SHPB(Split Hopkinson Press Bar)。SHPB的原型是由霍普金森（Hopkinson）在1914年提出，用于测量冲击载荷的脉冲波形。1949年Kolsky 将压杆分成两截，试件置于两杆中间，从而使这一装置可用于测量材料在冲击载荷作用下的应力应变关系。如图1所示。图1四、 试验步骤1、 选择钢杆，调节支座，使各杆处于同一轴线。2、 打开超动态电阻应变仪和IDTS瞬态波形存储仪（泰克示波器）预热并连接好电阻应变片导线和同轴电缆。3、 测试子弹接收装置是否工作正常，如正常则向压气炮装填子弹。否则应调节子弹接收装置，使之工作状态良好。4、 打开并调试平行光管和时间间隔仪，测试其运行状态，并初始化。5、 设定IDTS瞬态波形存储仪（泰克示波器）的测试参数，并初始化。6、 打开压力释放装置，设定自动释放气压大小。打开压缩空气瓶，调节压缩空气瓶的输出气压，使输出气压大于压力释放装置的自动释放气压。7、 打开压力释放装置面板上的压力阀门，按下压力释放装置面板上的“开始”按钮，开始充气，到达额定气压时压力释放装置自动放气，打出子弹。如遇意外情况，到达额定气压时压力释放装置没有自动放气，则按下“停止”按钮，手动放气，打出子弹。8、 存储波形。9、 改变自动释放气压大小，重复7、8两步。10、撤下钢杆，换上铝杆，重复1-9步。11、按顺序依次关闭压缩空气瓶，压力释放装置，平行光管，时间间隔仪，超动态电阻应变仪。12、处理数据。关闭IDTS瞬态波形存储仪（泰克示波器）。五、 数据处理1、 记录每次试验时时间间隔仪上时间的读书S，测量两个平行光管的距离l，计算子弹速度。V=l/S (2-3)2、 测量两个应变片的间距L，测量到达两片应变片上波阵面的时刻T1、T