微型霍普金森杆系统的改进与应用

发布时间：2017-09-01 15:09

  本文关键词：微型霍普金森杆系统的改进与应用

  更多相关文章： 微型Hopkinson杆 有限元分析方法 磁阻式电磁发射 纤维 MEMS结构

【摘要】：霍普金森杆装置是测试材料在高应变加载下动态力学性能最有效的技术手段。随着航空、航天、军事等领域的动态测试需要,Hopkinson杆装置的应用已经逐渐拓展到测量薄膜、纤维等低维材料以及MEMS微结构等微器件的动态力学性能。本文改进了磁阻式电磁发射装置和微型Hopkinson拉(压)杆装置,并将最终的拉杆和压杆分别用于纤维材料以及MEMS微结构的动态力学性能测试中。在磁阻式电磁发射系统改进方面,分析了单级发射模型的加速机理,通过有限元方法深入研究了子弹涡流损耗、发射装置漏磁以及消耗回路的消耗电阻对电磁发射子弹速度的影响,得到了相关设计参数。其次,改进了现有单级发射模型,提高其发射速度到单级20m/s,使其能够满足大部分动态测试对冲击速度的要求。在微型Hopkinson拉杆改进方面,首先深入分析了应力波在拉伸杆中的传播过程和特点,利用有限元分析方法对拉杆装置进行优化设计,获得了拉伸入射杆、凸台和套筒子弹的优化设计参数;然后根据分析结果,搭建了适用于单根纤维动态拉伸性能测试的电磁发射式微型Hopkinson拉杆系统,该系统利用压电式微力传感器替代传统的透射杆;利用搭建的装置对单根Kevlar#174;129纤维进行动态拉伸试验,得到了高应变率下纤维的应力-应变曲线,并通过与已有的实验结果对比,验证了装置在单根纤维材料的动态拉伸性能测试中的有效性。搭建了由冲击加载装置、高低温加载系统以及高速显微成像系统组成的微型高低温高G值加载系统,利用该系统研究了引信MEMS安保机构在温度和冲击载荷耦合环境下动态特性,在-40℃、-20℃、0℃、25℃和50℃五个环境温度下开展了对MEMS安保机构进行冲击试验,得出在加速度峰值为40360g,脉宽为62μs的冲击载荷下,其与温度相关的机动过程和失效行为。
【关键词】：微型Hopkinson杆 有限元分析方法 磁阻式电磁发射 纤维 MEMS结构
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 材料的动态冲击性能研究10-11
• 1.2 霍普金森杆装置的发展与应用11-14
• 1.2.1 霍普金森压杆技术11-12
• 1.2.2 霍普金森拉杆技术12-13
• 1.2.3 磁阻式电磁发射霍普金森装置13-14
• 1.3 本文的研究目的及内容14-15
• 第2章 磁阻式电磁发射系统的改进与优化15-30
• 2.1 概述15-16
• 2.2 子弹发射速度的影响因素分析16-25
• 2.2.1 电磁发射仿真模型及仿真分析支路17-18
• 2.2.2 涡流对子弹发射速度的影响18-21
• 2.2.3 漏磁对子弹发射速度的影响21-23
• 2.2.4 消耗电阻对子弹发射速度的影响23-25
• 2.3 磁阻式电磁发射系统的改进25-28
• 2.3.1 电磁发射系统电路的改进25-26
• 2.3.2 子弹发射速度的标定26-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 微型霍普金森拉杆的改进与应用30-52
• 3.1 概述30
• 3.2 杆件系统的设计与优化30-41
• 3.2.1 测试原理30-33
• 3.2.2 凸台尺寸的设计与优化33-38
• 3.2.3 微力传感器的选择与标定38-41
• 3.3 微型Hopkinson拉杆的搭建41-43
• 3.4 微型Hopkinson拉杆的应用43-51
• 3.4.1 实验准备43-45
• 3.4.2 实验过程及结果45-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 微型高低温高G值加载系统的研制与应用52-65
• 4.1 概述52-53
• 4.2 微型高低温高G值加载系统的研制53-59
• 4.2.1 微型Hopkinson压杆装置的改进53-54
• 4.2.2 微型Hopkinson压杆装置冲击特性的标定54-57
• 4.2.3 微型高低温高G值加载系统的研制57-59
• 4.3 典型MEMS安保机构温度相关的动态特性研究59-64
• 4.3.1 引信MEMS安保机构及装夹59-60
• 4.3.2 实验过程及结果60-64
• 4.3.3 实验小结64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 结论65-66
• 展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 高顺受,孙承纬,陈英石,戴英民,王敏华;60mm口径电磁感应线圈炮的实验研究[J];高压物理学报;1996年03期

2 刘广孚;张为公;;车轮力传感器的侧向力动态标定方法[J];仪表技术与传感器;2010年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 唱忠良;双气室间接杆—杆型冲击拉伸试验装置的研制与试验研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

，

本文编号：772790