CN104483185A - Shpb新型***动力源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够进行精准冲击速度/能量控制的SHPB（分离式Hopkinson压杆）***动力源装置。该SHPB新型***动力源装置，包括缸体、缸帽、导电杆、导线，其特征在于：所述缸帽通过螺栓固定在缸体上；缸帽的中心有设有子弹发射杆，子弹发射杆与缸帽为一体设计；所述缸帽上子弹发射杆的两侧对称开有两个锥形通孔，锥形通孔内配装橡皮塞；所述导电杆插在橡皮塞上；所述两个导电杆位于缸体外侧一端分别通过导线连接电源控制***，位于缸体内部的一端连接在一根***熔丝上；工作时，通过导线给***熔丝通入强大电流使其熔化升华，产生高压气体推动子弹高速射出，可以通过控制通电电流、***熔丝材料、长度等参数精确***能量从而精确控制子弹的冲击速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够精准控制冲击能量且易于操作、使用安全的用于SHPB（分离式Hopkinson压杆）装置的的新型***动力源装置。
背景技术
SHPB实验装置是研究材料动载荷的特性的理想工具。SHPB动力源装置是SHPB实验装置发射杆动力驱动提供机构。
现在SHPB动力源装置分两类：一类是用***等化学物质燃烧***产生的冲击冲击子弹，产生撞击效果，这种装置好处是能量大，撞击强度强，缺点是能量不宜控制，忽大忽小，安全系数很低，污染环境。第二种是用采用高压气体做驱动撞击，这种方式的好处是撞击能量能可得到较好控制，安全系数高，但缺点是提供的冲击能量低，可获得最大材料变形速度受限，操作不方便，需另外配用高压气源，能量提供也不易精准控制。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种安全、清洁、可控，以金属熔丝瞬间***升华产生高压气体作为动力源的SHPB***动力源装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
SHPB新型***动力源装置，包括缸体、缸帽、导电杆、导线。其特征在于：所述缸帽通过螺栓固定在缸体上；缸帽的中心有设有子弹发射杆，子弹发射杆与缸帽为一体设计；所述缸帽上子弹发射杆的两侧对称开有两个锥形通孔，锥形通孔内配装橡皮塞；所述导电杆插在橡皮塞上；所述两个导电杆位于缸体外侧一端分别通过导线连接电源控制***，位于缸体内部的一端连接在一根***熔丝上。
进一步的，所述导电杆位于缸体内部的一端也可连接金属箔。
进一步的，所述橡皮塞的大口位于缸帽的内侧，小口位于缸帽的外侧，防止缸体内金属丝熔断后产生的高压气体将橡皮塞顶出，使缸内气压因漏气下降或伤害周围人员。
进一步的，所述导电杆的外表面加工有外螺纹结构，可以增加橡皮塞和导电杆之间的摩擦力，防止缸体内金属丝熔断后产生的高压气体将导电杆顶出，使缸内气压下降或伤害周围人员。
本发明的有益效果是：该SHPB新型***动力源装置，利用***熔丝瞬间***、升华产生高压气体做SHPB驱动动力源。通过控制起爆电流、熔丝材料和熔丝长度改变气压压强，可使SHPB实验获得更高的冲击速度和更精准的冲击能量控制，且安全性高、操作简单。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明SHPB新型***动力源装置的主视结构示意图；
附图2为本发明SHPB新型***动力源装置的俯视结构示意图；
附图3为本发明SHPB新型***动力源装置的左视结构示意图；
附图4为与本发明SHPB新型***动力源装置连接的电源控制***示意图；
附图5为本发明SHPB新型***动力源装置使用时的结构示意图
图中，1、缸体，2、缸帽，3、螺栓，4、橡皮塞，5、导电杆，6、***熔丝，7、导线，，8、子弹发射杆，9、支架，10、新型***装置，11、220V交流电，12、直流高压源，13、充电模块开关，14、充电模块电阻，15、防反向击穿二极管，16、放电电容，17、放电模块开关，18、储能电感，19、滑动变阻器，20、子弹，21、入射杆，22、试件，23、应变片，24、透射杆，25、吸收杆，26、缓冲装置，27、动态应变仪，28、数据采集***，29、计算机。
具体实施方式
附图1-4为本发明的一种具体实施例。该发明SHPB新型***动力源装置，包括缸体1、缸帽2、两个导电杆5、导线7，其特征在于：所述缸帽2通过螺栓3固定在缸体1上，缸帽2的中心有设有子弹发射杆8，子弹发射杆8与缸帽2为一体设计，所述缸帽2上子弹发射杆8的两侧对称开有两个锥形通孔，通孔内有橡皮塞4，所述导电杆5插在橡皮塞4上，所述两个导电杆5位于缸体1外侧一端分别连接有导线7，导线7连接外部交流电流源，位于缸体1内部的一端通过导线7连接在一***熔丝6上，橡皮塞4的大口位于缸帽2的里侧，小口位于缸帽2的外侧，导电杆5外表面加工有螺纹结构增加橡皮塞4和导电杆5之间摩擦力，防止缸体1内***熔丝6熔断后产生的高压气体将橡皮塞4或导电杆5顶出，伤害到周围人员。
本发明使用时连接电源控制***，此电源控制***包括两个模块：充电模块和放电模块。充电模块主要包括直流高压源12、开关13、限流电阻14、防反向击穿二极管15；放电模块由放电电容16、控制开关17、储能电感18和回路滑动变阻器19构成。***的工作原理是：直流高压源12将220V交流电11转换成高压直流，通过防反向击穿二极管15和限流电阻14给放电电容16充电。当电容器充电达到到理想电压时，调节滑动变阻器19到相应强度电流的阻值，关闭直流高压源12，闭合控制开关17，使其导通，电容器16通过储能电感18、滑动变阻器19给电***熔丝放电。
使用时，将本装置放置在支架9上，接通开关17，***熔丝6通入强烈的电流后会在极短的时间内经历固态加热、熔化、液态加势、气化膨胀、电弧击穿等过程。金属丝急速气化膨胀在周围介质内产生冲击波，冲击波的强度可按点源或线源瞬时释能所产生的球面或柱面冲击波强度来计算。
本发明通过对处于狭小密闭空间缸体1的金属***熔丝6通入高强度的电流，使里面***熔丝6瞬间升华，产生高压气体，驱动子弹20从子弹发射杆8中以一定速度射出，撞击入射杆21，在入射杆中形成一个压力脉冲，即入射波(由贴在入射杆上的电阻应变片23测得)，压力脉冲在入射杆中向前传播，当传至入射杆与试件22界面时，由于试件材料和透射杆材料的惯性效应，整个试件将被压缩。同时，由于杆21与试件22之间的波阻抗差异，入射波被部分反射为反射波重新返回入射杆21，而另一部分则透过试件22作为透射波进入透射杆24。反射波还由贴在入射杆21上的电阻应变片23测得，透射波由透射杆24上电阻应变片23测得，由测得的入射波、反射波和透射波就可以通过动态应变仪27和数据采集***28输送给计算机29处理，从而得到材料的变形和破坏情况，获得材料的动态力学性能数据。
本装置在强电流的作用下***熔丝得以充分***，在知道***的高温、高密度的金属丝气态产物质量为 ，被推单向运动的抛射体质量为，工作气体中的声速为时，通过LinHit等人提出的电***冲击速度计算公式：
其中
，m—气体分子（原子或者离子）的质量，f—依赖于分子自由度的数，K—波尔兹曼常数，从而准确计算出子弹的冲击速度（能量）。
本金属熔丝***动力源装置相比气压和传统化学***装置能准确的控制冲击能量的大小，且设备结构简单，操作方便。
Claims (4)
1.一种SHPB新型***动力源装置，包括：缸体（1）、缸帽（2）、螺栓（3）、导电杆（5）、导线（7），其特征在于：所述缸帽（2）通过螺栓（3）固定在缸体（1）上；缸帽（2）的中心设有子弹发射杆（8），子弹发射杆（8）与缸帽(2)为一体设计；所述缸帽(2)上子弹发射杆(8)的两侧对称开有两个锥形通孔，通孔内配装橡皮塞(4)，所述导电杆(5)插在橡皮塞(4)上，所述两个导电杆(5)位于缸体(1)外侧一端分别通过导线(7)连接电源控制***，位于缸体(1)内部的一端连接在一根***熔丝(6)上。
2. 根据权利要求1所述的SHPB新型***动力源装置，其特征在于：所述导电杆(5)位于缸体(1)内部的一端也可连接金属箔。
3. 根据权利要求1所述的SHPB新型***动力源装置，其特征在于：所述橡皮塞(4)的大口位于缸帽(2)的内侧，小口位于缸帽(2)的外侧。
4.根据权利要求1所述的SHPB新型***动力源装置，所述导电杆（5）的外表面加工有外螺纹结构。
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