针对传统气动霍普金森杆SHPB实验技术低压打不稳、高压上不去、可重复性差、应力波难以精准调控等难题,河南理工大学精研高科团队开展了新型电磁驱动霍普金森杆实验技术及装置研发,系统研发了第一代电磁驱动霍普金森杆实验缩尺模型,第二代机械式电磁驱动霍普金森杆技术,第三代全数控电磁驱动霍普金森杆实验技术,以及第四代多维电磁驱动霍普金森杆动态力学实验测试装置,取得了如下创新性成果:
(1)自主研发了复合子弹,可对非金属、超软或超硬等非常规材料进行动力学行为的测试。克服了子弹难以恒速加载和宽应变范围难以有效调控的瓶颈,实现了子弹多级、连续加载,应力波幅值可调、形状可调、脉宽可调的精细调控。
(2)突破了电器元件的耐压限制,实现了超大功率冲击,子弹出膛速度稳定。克服了金属炮管涡流效应造成炮管发热、磁力损失以及子弹自重引起坠落无法对中冲击等难题。实现了不等侧压、周向均压、有无侧压三种工况模式的自由切换。
(3)适配了不同规格的子弹,入射杆和透射杆的大小形状及材质可根据实验需求选择。可完成一维、二维和三维同步智能控制加载实验,实现了拉压同体、压剪联合、多轴同步和高速侵彻等复杂应力条件试样的动态力学性能精准测试。
(4)推导并验证了子弹出口动能E与线圈电感L、放电电压U、储能电容C和子弹位置S等多参数耦合关系式。创新了力学、光学、温度等多场耦合非接触实时动态全程数据采集及其后处理除燥技术。
该装置安全可靠,可操作性强。已获授权国内、外专利8项,发表了十余篇高水平学术论文。先后与五家公司达成协议,签署了7份合同,交易金额已达511万元,实现了科研成果的有效转化。
该装置研发立足产、学、教、研深度融合,推动了中国高尖端科研与教学设备的自主研发,广泛应用于军事工程、航空航天、核工程、车辆工程以及各种民用工程的动态力学性能测试,具有广阔的推广应用前景。
该装置以培育发展新质生产力为引擎,促进技术装备的数字化、智能化、高端化,决胜冲击动态力学研究的世界前沿,将不断在方法、材料、技术和效能方面实现新的突破。（推广）
