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电磁法测试脆性材料的冲击性能 徐松林, 唐志平, 胡晓军, 蔡建 张兴华 中科院材料力学行为与设计重点实验室，力学和机械工程系，中国科学技术大学，合肥，230026 摘要 介绍了可用于冲击下脆性材料内部性能测试的两种电磁计：电磁粒子速度计(EMV计)和电磁应力和粒子速度组合 计，并将它们应用于脆性材料冲击性能的研究。前者已经成功地应用于多种非磁材料在冲击下压剪性能的研究，后者 虽然只能应用于正撞击情况，但是由于能够同时得到相同测试点的粒子速度和应力波形，其测试结果可以自我检验， 具有更高的测试精度。通过对多种材料的测试研究，其结果比较满意。 关键词 冲击动力学;测试技术;脆性材料;电磁计 1引言 测试冲击荷载作用下脆性材料内部不同深度冲击波的波形，对于材料动态损伤和破坏传播的研究 有着十分重要的意义。过去几十年，冲击波的测试技术已经从探针测试 (后来还发展了压电探针技术), [1,2] 频闪相机, 发展到石英计，锰铜计，电磁计，铌酸锂计, PVDF 计, 以及速度干涉仪 。每一种均有其 优缺点和使用范围。 最近，本实验室基于轻气炮压剪联合加载技术，发展了一种剪切波跟踪技术(SWT)对脆性材料在 [3-5] 冲击下的动态损伤进行探测 。其思想主要基于以下事实：在压剪联合冲击加载下，飞片斜碰撞将 + + - 在试样中依次传播4 道主要波阵面：加载压缩纵波(P ) 、加载剪切横波(S ) 、卸载纵波(P )和卸载剪切 - 波(S ) ，形成4 波5 区。每道波的传播特性与前方区域的材料当时当地状态相关，每道波产生的影响 + - + 留给了后方区。因此，S 和S 的传播特性可以反映由于P 的作用而在材料内产生的损伤与破坏状态。 [6,7] 本文将主要介绍基于双磁场IMPS （Internal Measurement for Pressure and Shear Waves ）测试系统 发 展的电磁粒子速度计（EMV 计）。由于这种测试技术只能得到粒子速度和波速，其他的量需要根据应 力波理论进行推算，往往由于记录波形的质量而影响分析结果。因此，本文还将介绍对此试验结果进 行修正的其他的测试技术，例如锰铜压阻应力计和电磁应力和粒子速度组合计。 2电磁粒子速度计（EMV计） 2.1基本原理 [6] [7] 图1 为压剪联合加载示意图。冲击波形的测试采用Gupta 等 ，唐志平等 提出的IMPS 测试 方法。 当长度为l 的 EMV 计以速度u 在强度为H 的均匀磁场中运动，根据法拉第定律，产生的感 生电动式为： r v v E l u H (1) 当此均匀磁场如图1 所示与X 方向有一倾斜角q，我们就可以得到由于压剪联合作用，材料内部 传播的P 波和S 波使粒子产生相应运动而在电磁计中产生的感应电动式分别为： E Hu l sin q a , E Hu l cosq a (2) p p s s 式中，下标p 和s 分别表示纵波和横波。 ’为靶面上粒子速度u 的方向。