(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 202210525286.X (22)申请日 2022.05.15 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 郭亚洲　杨凯祥　李玉龙　 (74)专利代理 机构 西北工业大 学专利中心 61204 专利代理师 慕安荣 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/317(2006.01) H01F 5/02(2006.01) H03K 3/53(2006.01) (54)发明名称 一种产生梯形应力波的电磁式应力波发生 器及方法 (57)摘要 一种产生梯形应力波的电磁式应力波发生 器及方法， 放电线圈接入外部激励电流， 激励电 流流经放电线圈， 由于激励电流由电容器放电产 生， 是随时间变化的， 因此放电线圈中会产生感 应磁场， 变化的感应磁场在次级线圈当中产生电 流涡流， 次级线圈中的涡流方向与放电线圈中的 电流方向相反， 二者产生的脉冲磁场也相反， 从 而使次级线圈和放电线圈之间产生极强的电磁 斥力， 电磁斥力在次级线圈中表现为一个应力 波。 由一组电路放电产生的应力波为半正弦形应 力波， 通过数字延迟发生器控制各放电电路的放 电时间， 使半正弦形应力波进行叠加即可得到梯 形应力波， 在霍普金森 杆实验中对 材料实现不同 应力波形的加载， 也可以应用于其他应力波加载 的实验中。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114965013 A 2022.08.30 CN 114965013 A 1.一种产生梯形应力波的 电磁式应力波发生器， 其特征在于， 包括充/放电电路、 电磁 加载枪、 次级线圈和入射杆； 所述放电电路包括四组放电电路， 分别为第一组放电电路、 第 二组放电电路、 第三组放电电路、 第四组放电电路； 所述电磁加载枪中的放电线圈有四组， 分别为第一组放电线圈、 第二组放电线圈、 第三组放电线圈、 第四组放电线圈； 其中， 所述电 磁加载枪中的四组放电线圈的正/负极分别与放电电路中的各组放电电路连通； 在该电磁 加载枪的端面有次级线圈； 入射杆悬臂端的端面与该次级线圈的表面相贴合； 应变片位于 该入射杆的表面， 并与数据采集器联通； 所述电磁加载枪包括电磁加载枪壳体、 放电线圈和 绝缘层； 所述四组放电线圈自内向外依照第一组放电线圈、 第二组放电线圈、 第三组放电线 圈、 第四组放电线圈的次序， 以阿基 米德螺旋的方式盘绕在该电磁加载枪壳体内。 2.如权利要求1所述产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述各组放 电电路中， 将电容器的正极接线柱与二极管 的电流流入端通过导线连接， 该二极管 的电流 流出端与电阻的一端通过导线连接； 所述电阻另一端的接线柱与电磁加载枪里第一组放电 线圈的正接线柱通过导线连接， 第一组放电线圈的负接线柱与开关的一个接线柱通过导线 连接， 开关的另一接线柱与电容器的负极接线柱通过导线连接 。 3.如权利要求1所述产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述四组放 电线圈中， 各组放电线圈的首尾处分别有接线柱， 形成了各 组放电线圈正极或负极接线柱； 每前一组线圈接线柱与后一组线圈接线柱之间的间距为2mm， 并在该间距中填充2mm厚的绝 缘层； 所述以阿基米德螺旋方式盘绕的各圈放电线圈之间均填充有绝缘层， 并且使电磁加 载枪壳体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1m m。 4.如权利要求1所述产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 在该电磁加 载枪壳体的中心有次级线圈连接螺栓的安装孔， 以对次级线圈起支撑作用， 保证次级线圈 与电磁加载枪中心同轴。 5.如权利要求1所述产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 各所述放电 线圈的匝数共为14匝， 分为 4组， 分别接入所述四组放电 电路。 6.如权利要求1所述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 圈中， 自内向外， 第1～5层为第一组线圈， 接入第一组电路； 第6～9层为第二组线圈， 接入第 二组电路； 第10～12层为第三组线圈， 接入第三组电路； 第13～14层为第四组线圈， 接入第 四组电路， 四组放电线圈的长度相同， 均为18m m。 7.如权利要求1所述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； 所述次级 线圈的半径为 45mm， 厚8mm。 8.如权利要求1所述产生梯形应力波的电磁式应力波发生器， 其特征在于， 所述入射杆 的材质为TC4 钛合金。 9.一种利用权利要求1所述电磁式应力波发生器产生梯形应力波的方法， 其特征在于， 具体过程是： 步骤一， 连接电路： 将电路中各元器件顺序 连接； 将所述第一组放电电路、 第 二组放电电路、 第 三组放电电 路和第四组放电电路依 次与所述第一组放电线圈、 第二组放电线圈、 第三组放电线圈和第权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114965013 A 2四组放电线圈依次连接； 步骤二， 排布器材： 将所述电磁加载枪、 次级 线圈和入射杆依次同轴安装在实验台上； 步骤三： 粘贴应 变片： 在入射杆1/2长度处的圆周表面对称地粘贴两片应变片； 在应变片的引脚上焊接应变 片引线， 并将所述应 变片引线接入数据采集系统中的惠斯 通电桥中； 步骤四： 加载： 所述加载 过程是： Ⅰ通过电容充电器对电容器充电至10 00v； 四组放电 电路的开关进入待触发状态； Ⅱ设置所述四组放电 电路开关的延时 时间分别为0m s、 0.13ms、 0.26ms和0.39m s； Ⅲ触发延迟发生器； 延迟发生器触发后， 第一组放电电路的开关闭合对第一组放电线 圈放电； 第一组放电电路的开关闭合0.13 ms后第二组放电电路的开关闭合对第二组放电线 圈放电； 第一组放电电路的开关闭合0.26 ms后第三组放电电路的开关闭合对第三组放电线 圈放电； 第一组放电电路的开关闭合0.39ms后第四组放电电路的开关闭合对第四组放电线 圈放电； 四组放电 电路的开关均闭合0.2m s后断开以减小各组放电线圈之间的影响； Ⅳ放电线圈中产生高强度的脉冲磁场； 次级线圈与放电线圈相互贴紧， 发生电磁感应 现象而产生极强的涡流， 次级线圈中的涡流与放电线圈产生的磁场相互作用， 次级线圈靠 近放电线圈的端面上 的质点会受到洛伦兹力作用， 在次级线圈中形成磁场力； 磁场力在次 级线圈内表现为压缩应力脉冲， 应力脉冲传入到与次级线圈紧密贴合的入射杆后， 以弹性 波形式在入射杆中传播， 对试样进行动态加载试验； 粘贴在入射杆上 的应变片将应力波传 过时的应 变信号转化为电压信号由数据采集器记录下来； Ⅴ四组放电电路分别延时0ms、 0.13ms、 0.26ms和0.39 ms放电后即在入射杆中产生梯形 应力波。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114965013 A 3