电磁式小型霍普金森杆装置的优化和应用

发布时间：2022-01-11 03:40

　　为了解决电磁式小型霍普金森杆装置加载速度不够高、加载应力波脉宽受限制等问题,对装置的电磁线圈发射系统、供能系统和结构进行改进和优化,提出了多级多绕式串并联线圈阵列发射结构,不但极大提高了子弹发射速度,加载应力波脉宽可方便调节,且简化了多级发射感应元器件结构;采用"锂电池+升压模块"结合电容组的两级储能结构设计,既提高了高电压安全性,又便于重复使用;此外,提出了一种便于杆件调节和对中的新型套管结构。基于上述三大部分的改进和优化,研制了调节范围广、集成度高、结构紧凑、安全便捷的电磁式小型霍普金森杆装置。借助研制的装置,对基于SLM金属3D工艺制得的316L不锈钢材料进行了动态力学性能测试,实验证明了该材料具有应变率敏感特性,应变率在5800s^-1时,屈服强度比静态提高约60%,但是加工方向对动态力学性能影响不明显。 

【文章来源】：实验力学. 2020,35(01)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

不同绕数情况下单级并联线圈驱动示意图

采用Ansoft Maxwell电磁仿真软件[17]对线圈的放电情况进行仿真 ,如图2所示。由图可知,若采用晶闸管控制导通驱动线圈电路,在电路导通后,电容中储存的电能将被充分释放至零为止。相比于单绕线圈,多绕线圈的峰值电流更高,放电时间更短,能够在子弹中心运动到线圈中心之前就将电容中的电量充分释放,从而避免了子弹在线圈中运动时,线圈带来的减速作用。这样做的另一个好处就是,由于不再需要控制电路中电流的截止,故子弹的长度也不再需要保证和线圈长度相等,可以根据所需应力波宽度,在一定范围之内随意调节。使用晶闸管代替场效应管,并使用多绕线圈代替单绕线圈,能够突破原先最高额定电流的限制,理论上能进一步提高子弹的最高速度,同时可以让电容中的电能快速充分释放,能提高能量转换率,更重要的是解除了子弹长度必须等于线圈长度的限制。

小型霍普金森杆采用的是直径较小的细长杆,杆件的对中性会对实验结果产生重要影响。对于小杆系统,使用高直线度(0.1mm/1000mm)的空心铝管作为套管,对入射杆和透射杆进行支撑,能够保证入射杆和透射杆具有良好的对中性,同时还能对杆件起到保护作用,套管内部有对中调节结构,可用于杆件对中的微调,如图3所示。1.4 新型电磁式小型霍普金森杆装置的研制

【参考文献】：
期刊论文
[1]小型霍普金森杆多级电磁发射系统的优化[J]. 刘战伟,陈喜民,董杰,刘爽,谢惠民.  实验力学. 2015(01)
[2]选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究[J]. 张升,桂睿智,魏青松,史玉升.  机械工程学报. 2013(23)
[3]基于多级电磁发射的mini-SHPB装置[J]. 刘战伟,吕新涛,陈喜民,谢惠民.  实验力学. 2013(05)
[4]用于Hopkinson压杆装置的电磁驱动技术[J]. 郭伟国,赵融,魏腾飞,姚爽.  实验力学. 2010(06)
[5]发展中的电磁炮[J]. 刘廷贤.  大学物理. 1998(04)



本文编号：3582015