(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210518214.2 (22)申请日 2022.05.06 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114965117 A (43)申请公布日 2022.08.30 (73)专利权人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 夏开文　姚伟　徐颖　董鹏　李烜　 陈柄杞　 (74)专利代理 机构 广州德科知识产权代理有限 公司 44381 专利代理师 黄文静　万振雄 (51)Int.Cl. G01N 3/36(2006.01) G01N 3/26(2006.01)G01N 3/22(2006.01) G01N 3/56(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) 审查员 王钧天 (54)发明名称 动态摩擦实验装置及测试材料动态力学性 能的方法 (57)摘要 本发明公开了一种动态摩擦实验装置及测 试材料动态力学性能的方法， 该实验装置包括底 座、 入射杆、 轴压装置及扭矩加载装置， 底 座上设 置有限位结构， 入射杆包括同轴设置的至少两 段， 其中， 靠近限位结构设置的一段为第一入射 段， 与第一入射段相连的为第二入射段， 在第一 入射段与第二入射段的连接处， 沿第二入射段的 轴向， 第一入射段的横截面的投影位于第二入射 段的横截面内， 对试样的动态力学性能进行测试 时， 第一入射段朝向限位结构的一端与试样的第 一端面抵接， 试样的第二端面与限位结构相抵 接， 轴压装置用于对第二入射段施加压力， 扭矩 加载装置用于对第二入射段施加扭矩。 该实验装 置能够对试样进行瞬时的多次连续的不同幅值 的动态扭矩加载。 权利要求书3页 说明书12页 附图7页 CN 114965117 B 2022.12.06 CN 114965117 B 1.一种动态摩擦实验 装置， 其特 征在于， 包括： 底座， 所述底座上设置有限位结构， 对试样的动态力学性能进行测试时， 所述限位结构 与所述试样的第一端面相抵 接； 入射杆， 所述入射杆与所述 限位结构位于所述底座的同一侧， 所述入射杆包括同轴设 置的至少两段， 其中， 靠近所述限位结构设置的一段为第一入射段， 与所述第一入射段相连 的为第二入射段； 在所述第一入射段与所述第二入射段的连接处， 所述第一入射段 的横截 面积小于所述第二入射段 的横截面积， 沿所述第二入射段 的轴向， 所述第一入射段 的横截 面的投影位于所述第二入射段的横截面内； 对所述试样的动态力学性能进行测试时， 所述 第一入射段朝向所述限位结构的一端与所述试样的第二端面抵 接； 轴压装置， 所述轴压装置与所述第二入射段远离所述第一入射段的一端连接， 用于对 所述第二入射段施加压力； 扭矩加载装置， 所述扭矩加载装置与所述第二入射段连接， 用于对所述第二入射段施 加扭矩； 储能杆， 所述储能杆的一端与所述入射杆远离所述试样的一端固定连接， 所述储能杆 的另一端与所述轴压装置相抵 接且为可转动连接； 钳紧装置， 所述钳紧装置 固设于所述底座上且位于所述扭矩加载装置与所述入射杆之 间的位置， 所述储能杆穿设于所述钳紧装置中； 通过所述钳紧装置夹紧所述储能杆， 以使 所 述储能杆能够存储所述扭矩加载装置所施加的扭矩； 在扭矩加载达到扭矩设定值时， 解锁 钳紧装置的夹紧， 以释放储 存于所述储能杆中的扭矩。 2.根据权利要求1所述的动态摩擦实验装置， 其特征在于， 所述试样为圆环形片状结 构， 所述第一入射段为圆环形管状结构； 其中， 所述第一入射段的内径小于所述试样的外 径， 且所述第一入射段的外径大于所述试样的内径。 3.根据权利要求2所述的动态摩擦实验装置， 其特征在于， 所述第 二入射段也为 圆环形 管状结构， 且所述第二入射段的壁厚大于所述第一入射段的壁厚。 4.根据权利要求3所述的动态摩擦实验装置， 其特征在于， 所述第 一入射段的外径小于 所述第二入射段的外径， 且所述第一入射段的内径与所述第二入射段的内径相同； 或者， 所述第一入射段的外径与 所述第二入射段的外径相同， 且所述第 一入射段的内径大于 所述第二入射段的内径。 5.根据权利要求4所述的动态摩擦实验装置， 其特征在于， 所述扭矩在所述第 一入射段 与所述第二入射段的连接处的反射系数为 R， R＝1‑T， 其中， T为所述扭矩在所述第一入射段 与所述第二入射段的连接处的透射系数， 且0.25≤T＜1， A1为所述第一 入射段的横截面的面积， ρ1为所述第一入射段的密度， I1为所述第一入射段的转动惯量， A2 为所述第二入射段的横截面的面积， ρ2为所述第二入射 段的密度， I2为所述第二入射 段的转 动惯量；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114965117 B 2且 其中， m1为所述第一入射段的质量， R1为所述第一入射段的外侧壁 的半径， r1为所述第一入 射段的内侧壁的半径； 其中， m2为所述第二入射段 的质量， R2为所述第二入射段的外侧壁的半径， r2为所述第二入射段的内侧壁的半径。 6.根据权利要求5所述的动态摩擦实验装置， 其特征在于， 所述第 一入射段的内侧壁的 半径r1＝R1‑t1， 其中， 40m m≤R1＜60mm， t1为所述第一入射段的壁厚， 5m m≤t1＜10mm； 所述第二入射段的内侧壁的半径r2＝R2‑t2， 其中， 40mm＜R2≤60mm， t2为所述第二入射段 的壁厚， 5m m＜t2≤10mm。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的动态摩擦实验装置， 其特征在于， 所述扭矩加载装置 包括相互啮合的齿条和齿轮， 所述齿条固定于所述底座上， 所述齿轮与所述第二入射段固 定连接。 8.根据权利要求7 所述的动态摩擦实验 装置， 其特 征在于， 所述实验 装置还包括： 储能杆， 所述储能杆的一端与所述第二入射段固定连接， 所述储能杆的另一端与所述 轴压装置相抵 接， 且与所述轴压装置可转动连接， 所述齿轮套设于所述储能杆 上； 钳紧装置， 所述钳紧装置位于所述扭矩加载装置与所述第二入射段之间， 所述钳紧装 置包括钳紧伺服液压缸、 固定板以及相对间隔设置的第一摩擦钳和第二摩擦钳， 所述钳紧 伺服液压缸和所述第一摩擦钳均固设于所述底座上， 所述第二摩擦钳与所述底座滑动连 接； 所述第一摩擦钳与所述第二摩擦钳远离所述底座的一侧均与所述固定板连接， 所述储 能杆穿设于所述第一摩擦钳与所述第二摩擦钳之间； 所述钳紧伺服液压缸与所述第二摩擦 钳连接， 且当所述第二摩擦钳通过所述钳紧伺服液压缸向所述第一摩擦钳移动至所述第一 摩擦钳和所述第二摩擦钳均与所述储能杆紧密接触时， 所述第一摩擦钳和所述第二摩擦钳 能够夹紧所述储能杆； 当所述固定板拉断时， 所述第一摩擦钳与所述第二摩擦钳能够解除 对所述储能杆的夹紧限制。 9.一种测试材料动态力学性能的方法， 其特征在于， 应用于权利要求1～8中任一项所 述的动态摩擦实验 装置中， 该 方法包括： 安装数据采集系统， 将所述数据采集系统连接 至所述入射杆的外周壁上； 将试样固定 于入射杆朝向限位结构的一端上； 开启所述数据采集系统； 通过轴压装置对所述入射杆施加轴压 至轴压设定值； 通过扭矩加载装置对所述入射杆施加扭矩至扭矩设定值； 通过所述数据采集系统采集数据并进行分析。 10.根据权利要求9所述的测试材料动态力学性能的方法， 其特征在于， 所述实验装置 还包括钳紧装置和储能杆， 所述储能杆的一端与所述入射杆远离所述试样的一端固定连 接， 所述储能杆的另一端与所述轴压装置相 抵接且为可转动连接， 所述钳紧装置固设于所 述底座上且位于所述扭矩加载装置与所述入射杆之 间的位置， 所述储能杆穿设于所述钳紧 装置中； 在将所述通过所述轴压装置对所述入射杆施加轴压至轴压设定值之后， 在将所述通过 扭矩加载装置对所述入射杆施加扭矩至扭矩设定值之前， 还 包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114965117 B 3