(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211085446.X (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 郭亚洲　杨凯祥　李玉龙　王维斌　 (51)Int.Cl. G01N 3/317(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生 器及实验方法 (57)摘要 一种能够产生梯形应力波的电磁式应力波 发生器及实验 方法， 采用四组电路依次为同一放 电线圈放电， 合理控制各组电路依次对同一放电 线圈放电时间， 实现了正弦形应力波依次叠加产 生梯形应力波， 四组压缩应力波有序合理的叠加 形成梯形应力波。 由于放电线圈接入的电流脉冲 激励是由电容放电产生的随时间变化的正弦波， 在次级线圈当中产生涡流， 电流和涡流的瞬时变 化在放电线圈和次级线圈上产生 感应磁场， 次级 线圈中的涡流方向与放电线圈中的电流方向相 反， 二者产生相反磁场， 使次级线圈和放电线圈 之间产生电磁斥力， 该电磁斥力在次级线圈中表 现为压缩应力波。 本发明在霍普 金森杆实验中对 材料实现不同应力波形的加载， 也适用于其他应 力波加载实验。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115452623 A 2022.12.09 CN 115452623 A 1.一种能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 包括充/放电电路 (12)、 电磁加载枪(10)、 放电线圈(6)、 次级线圈(8)和入射杆(11)， 所述电磁加载枪的内端 面有次级线圈(8)， 并使该入射杆悬臂端的端面与该次级线圈的表面相贴合； 所述充/放电 电路(12)中的四组电路 并联后与该电磁加载枪里放电线圈的两个接线柱联通； 在该入射杆 的外表面粘贴有应 变片(22)； 该应变片与数据采集器(23)连接 。 2.如权利要求1所述能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述电 磁加载枪(10)包括壳体、 放电线圈(6)、 绝缘层(9)和两个放电线圈接线柱(13)； 其中的放电 线圈采用铜带以螺旋方式盘绕在该壳体内； 该放电线圈的匝数共为10匝； 所述盘绕的各层 放电线圈之 间均填充有绝缘层， 并且使电磁加载枪内表面与最外层放电线圈之 间绝缘层的 厚度为2mm， 各圈放电线圈之间绝缘层的厚度为1mm； 所述两个放电线圈接线柱分别由电磁 加载枪底板上的2个孔中伸出， 与并联后的四组放电电路相连； 该放电线圈( 6)的接线柱 (13)与放电线圈开关(20)串联。 3.如权利要求1所述能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述 次 级线圈通过次级线圈连接螺栓与电磁加载枪连接， 并使该次级线圈与电磁加载枪中心同 轴。 4.如权利要求1所述能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述放 电线圈的外径为44.7mm， 内径为8mm； 所述放电线圈导线横截面为矩形， 长为6mm， 宽为2mm， 线圈径向间距为1m m。 5.如权利要求1所述能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述 充/放电电路(12)中包括四组电路和一组泄流电路， 各组电路中分别有放电电路和充电电 路； 所述四组电路分别是第一组电路(14)、 第二组电路(15)、 第三组电路(16)和第四组电路 (17)； 所述四组电路均为 放电电路； 所述泄流电路包括泄流电阻开关(21)和泄流电阻(5)。 6.如权利要求5所述能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述 四 组电路均包括电容充电器(2)、 电容器充电开关(18)、 电容器(3)、 限流电阻(7)、 二极管(4) 和放电开关(19)； 其中： 四组电路中的电容充电器均与电容器充电开关的任意一个接线柱 通过导线连接， 电容器充电开关的另一个接线柱均与电容器的负极接线柱连接， 电容充电 器的另一输出端均与限流电阻的任意一个接线柱连接， 限流电阻的另一个接线柱均与电容 器的正极接线柱 连接； 将该四组电路中的电容器的正极接线柱均均与二极管的电流流入端 通过导线连接， 电容器的负极接线柱均 与放电开关的其中任意 一个接线柱连接 。 7.如权利要求6所述能够产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 将所述 四组电路中的各放电开关的另一个接线柱连接在一起， 并与放电线圈(6)的负极接线柱连 接； 将所述各组电路中的各二极管的电流流出端连接在一起， 并与放电线圈开关(20)的正 极接线柱连接； 放电线圈开关的负极接线柱与放电线圈的正极接线柱连接； 将泄流电阻开关(21)的负极接线柱与放电线圈开关的负极接线柱连接， 泄流电阻开关 的正极接线柱与 泄流电阻(5)的任意一个接线柱连接， 该泄流电阻的另一个接线柱与放电 线圈(6)的负极接线柱连接 。 8.一种如权利要求1所述电磁式应力波发生器的实验方法， 其特 征在于， 具体过程是： 步骤1， 连接电路； 步骤2， 排布器材：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452623 A 2将电磁加载枪、 次级线圈和入射杆依次同轴安装在实验台上； 所述电磁加载枪、 次级线 圈和入射杆的中心同轴， 并使次级 线圈和入射杆仅能在轴线方向 自由移动； 步骤3， 粘贴应 变片： 在入射杆长度的1/2处的圆周表面对称粘贴两片相同的应变片， 并将各应变片分别介 入惠斯通电桥中； 步骤4， 加载： 闭合电容器充电开关(18)， 通过所述各组电路中的电容充电器(2)分别对四组电路的 电容器(3)充电至600v； 四组放电电路的放电开关(19)均进入待触发状态； 设置数字延迟发 生器(24)控制四组放电 电路的放电开关的延时 时间分别为0m s、 0.13ms、 0.26ms和0.39m s； 触发延迟发生器， 使第一组电路的放电开关闭合对放电线圈放电； 第一组电路的放电 开关闭合0.13ms后第二组电路 的放电开关闭合， 对放电线圈放电； 第一组电路 的放电开关 闭合0.26ms后第三组电路 的放电开关闭合， 对放电线圈放电； 第一组电路 的放电开关闭合 0.39ms后第四组电路 的放电开关闭合， 对放电线圈放电。 四组放电电路 的放电开关均在闭 合0.2ms后断； 放电线圈通电后对次级 线圈产生的电磁斥力作用在入射杆中产生梯形应力波。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452623 A 3