CN109708971A - 一种霍普金森拉压一体试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种霍普金森拉压一体试验装置，包括发射装置、入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆、缓冲装置、转接头和信号处理***。试验前将转接头与带外螺纹端的入射杆螺纹连接，将发射装置中的进气软管***入射杆的进气孔中，在进行动态压缩试验时，将试件夹持在入射杆与压缩透射杆之间，通过发射装置产生气压差推动放置于入射杆空腔中的子弹撞击入射杆，产生的入射脉冲对试件进行动态压缩加载，在进行动态拉伸试验时，将两端带有外螺纹的试件与拉伸透射杆和转接头上的内螺纹进行螺纹连接，通过发射装置产生气压差推动放置于入射杆空腔中的子弹撞击入射杆，利用产生的脉冲对试件进行动态拉伸加载。每次试验结束后可利用环形电磁铁产生的磁力将子弹回归初始发射位置。本发明操作方便，可靠性好，能显著提高实验效率。

Description

一种霍普金森拉压一体试验装置

技术领域

本发明适用于材料动态力学性能测试领域，尤其涉及一种霍普金森拉压一体试验装置。

背景技术

随着目前结构在服役过程中受到的冲击、***等动荷载日益增多，人们愈加关注材料的动态力学行为。自1949年Kolsky发明分离式霍普金森杆试验装置以来，该装置在材料动态力学性能的测试方面已得到广泛的应用。目前人们在研究材料的动态压缩性能时常采用分离式霍普金森压杆***试验装置，在研究材料的动态拉伸力学性能时常采用分离式霍普金森拉杆***试验装置。由于分离式霍普金森压杆***试验装置和分离式霍普金森压杆***试验装置在子弹形状、发射装置、试件夹持方式等方面有较大差别，因此如果想要同时研究材料的动态压缩和动态拉伸性能，就需要两套独立的设备来进行相应的试验，同时由于单个霍普金森试验装置需要较大的占地面积，这就同时带来了资金和实验室用地两方面的困难。

如果能够在一套设备上实现动态压缩和动态拉伸的加载，将大大节约实验室用地和资金。专利文献“霍普金森拉压一体实验装置”（申请号：201310530591.9）公开了一种霍普金森拉压一体实验装置，但该装置在单次试验进行完毕后需要手动将子弹回复原位，造成了实验操作费时费力；专利文献“霍普金森拉压一体实验装置”（申请号：201410209073.1）公开了一种霍普金森拉压一体试验装置，但该装置在进行压缩试验时需要将实验转接头螺纹连接到拉伸端实验杆和压缩端实验杆的相邻端，在进行拉伸实验时又需要将实验转接头旋下，使得实际操作过程较为繁琐，同时在进行动态拉伸试验和动态压缩试验时需要分别用不同的发射装置发射子弹，使得整个装置成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种霍普金森拉压一体试验装置，同时利用同一个发射装置即可完成动态压缩试验和动态拉伸试验，整个试验装置的成本较低。实现本发明目的的技术解决方案为：

一种霍普金森拉压一体试验装置，包括发射装置、入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆、转接头和信号处理***；

所述入射杆包括入射杆杆体和子弹；入射杆杆体为长圆柱体，入射杆杆体的一端为转接头连接端，另一端为动态压缩试验的作用端；

入射杆杆体从转接头连接端开始向动态压缩试验的作用端一定长度范围内设有圆柱形中空腔体，在此长度范围外为实心圆柱体，所述子弹处在所述中空腔体中；在转接头连接端一定范围内设有外螺纹，供与转接头螺纹连接，在入射杆杆体设有圆柱形中空腔体的长度范围内在子弹的初始位之前设置有进气孔，在圆柱形中空腔体的子弹行程末端设置有泄气孔；

所述入射杆杆体对于子弹初始位还设有限位结构；

以子弹射出方向为前，所述转接头包括后套管、前套管和中间的隔板，前套管内具有和入射杆杆体连接的内螺纹，后套管内具有和拉伸试件连接的内螺纹。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可同时采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：

所述入射杆还包括电磁铁、及电磁铁的电流控制装置；所述电磁铁处在进气孔与限位结构之间并紧靠限位结构，所述电磁铁的中间设有供气体通过的孔洞。

无论是动态压缩试验还是动态拉伸试验，都能够在单次试验完毕后实现子弹的自动复位。

所述限位结构为与入射杆杆体螺纹连接并伸入圆柱形中空腔体中的螺栓。

泄气孔的最前端与圆柱形中空腔体的最前端在同一平面上。

所述发射装置包括进气口电磁阀、气缸、压力表、出气口电磁阀、出气软管和密封圈；压力表设置在气缸上，气缸的出气口端进过出气口电磁阀与出气软管相连接，出气软管的另一端连接在入射杆杆体上的进气孔上，并在连接处套设密封圈；出气软管的长度需要满足动态拉伸及动态压缩试验的要求。

所述的拉伸透射杆为长圆柱体，在靠近入射杆的一端一定长度范围内设有内螺纹，其内螺纹与拉伸试件两端的外螺纹适配。

所述的压缩透射杆为实心长圆柱体。

所述的信号处理***包括应变片、导线、超动态应变仪和数据处理***，进行动态拉伸试验时，两片应变片分别贴在设有圆柱形中空腔体的长度范围内的入射杆杆体和未设有内螺纹范围的拉伸透射杆上；进行动态压缩试验时，两片应变片分别贴在未设有圆柱形中空腔体的长度范围内的入射杆杆体和压缩透射杆上，应变片通过导线与超动态应变仪相连，超动态应变仪与数据处理***相连。

所述的入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆三者的直径相同，入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆和转接头采用相同的钢材制成，入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆的长度需足够长，能够满足霍普金森试验技术中一维应力波假定，带有转接头的入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆、缓冲装置共轴放置。

本发明与现有技术相比其有益效果在于：

（1）本发明中只需要一个发射装置即可完成试件的动态压缩和动态拉伸加载，降低了试验装置的制作成本。

（2）本发明采用电磁铁装置不论对动态压缩试验还是动态拉伸试验都能够实现单次试验完成后子弹的自动复位。

（3）本发明由于在进行动态拉伸试验时采用螺纹连接的方式连接试件与试验装置，便于不同试件的更换。

附图说明

图1是本发明入射杆的结构示意图。

图2是本发明转接头的三维结构示意图。

图3是本发明转接头沿直径的剖切图。

图4是拉伸试件的结构示意图。

图5是本发明进行动态拉伸试验的示意图。

图6是本发明进行动态压缩试验的示意图。

图中，1-1、入射杆杆体，1-2、圆柱形中空腔体，1-3、外螺纹，1-4、进气孔，1-5、电流控制装置，1-6、螺栓，1-7、电磁铁，1-8、子弹，1-9、泄气孔，2-1、后套管，2-2、前套管，2-3、内螺纹，2-4、内螺纹，2-5、隔板，3-1、气缸，3-2、进气孔电磁阀，3-3、压力表，3-4、出气口电磁阀，3-5、进气软管，3-6、密封圈，4、拉伸透射杆，4-1、内螺纹，5、压缩透射杆，6缓冲装置，7、拉伸试件，7-1、外螺纹，8、压缩试件，9、应变片。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明。

一种霍普金森拉压一体试验装置，包括发射装置、入射杆、压缩透射杆5、拉伸透射杆4、缓冲装置6、转接头和信号处理***。

所述的入射杆包括入射杆杆体1-1、电磁铁1-7、电流控制装置1-5、螺栓1-6和子弹1-8。入射杆杆体1-1为长圆柱体，从靠近拉伸透射杆4的端面开始向右一定长度范围内设有圆柱形中空腔体1-2，在此长度范围外为实心圆柱体。在入射杆杆体1-1靠近拉伸透射杆4的一端一定范围内设有外螺纹1-3，供与转接头螺纹连接，在入射杆杆体1-1设有圆柱形中空腔体1-2的长度范围内从左到右依次还设有进气孔1-4、供电流控制装置1-5安放的孔，与螺栓1-6进行连接的上下两个螺纹孔，泄气孔1-9。泄气孔1-9的最右端与圆柱形中空腔体1-2的最右端在同一平面上。所述的电磁铁1-7为环形电磁铁，中间设有供气体通过的孔洞，环形电磁铁1-7的外径与圆柱形中空腔体1-2的直径相同。所述的螺栓1-6其螺栓杆的长度大于设有中空腔体1-2范围内的入射杆的壁厚。所述的子弹1-8为圆柱形子弹，其直径与圆柱形中空腔体1-2的直径相同。

所述的发射装置包括进气口电磁阀3-2、气缸3-1、压力表3-3、出气口电磁阀3-4、出气软管3-5和密封圈3-6。压力表3-3设置在气缸3-1上，气缸3-1的出气口端经过出气口电磁阀3-4与出气软管3-5相连接，出气软管3-5的另一端连接在入射杆杆体1-1上的进气孔1-4上，并在连接处套设密封圈3-6来保持良好的气密性。出气软管3-5的长度需要满足动态拉伸及动态压缩试验的要求。

所述的拉伸透射杆4为长圆柱体，在靠近入射杆的一端一定长度范围内设有内螺纹4-1，其内螺纹4-1与进行动态拉伸试验的试件两端的外螺纹7-1适配。

所述的压缩透射杆5为实心长圆柱体。

所述的转接头包括前套管2-2和后套管2-1，前套管2-2和后套管2-1固连在一起，交界处设有隔板2-5将前、后套管2-2、2-1的内腔隔开。后套管内设有与入射杆杆体上的外螺纹适配的内螺纹2-3，用于与入射杆杆体外螺纹连接，前套管内设有与进行动态拉伸试验的试件两端的外螺纹适配的内螺纹2-4，用于与试件外螺纹连接。进行动态拉伸或压缩试验前需将转接头通过螺纹连接在入射杆上。

所述的信号处理***包括应变片9、导线、超动态应变仪和数据处理***，进行动态拉伸试验时，两片应变片9分别贴在设有圆柱形中空腔体的长度范围内的入射杆杆体1-1和未设有内螺纹范围内的拉伸透射杆4上；进行动态压缩试验时，两片应变片9分别贴在未设有圆柱形中空腔体的长度范围内的入射杆杆体和压缩透射杆5上，应变片9通过导线与超动态应变仪相连，超动态应变仪与数据处理***相连。

所述的入射杆、压缩透射杆5、拉伸透射杆4三者的直径相同，入射杆、压缩透射杆5、拉伸透射杆4和转接头采用相同的钢材制成，入射杆、压缩透射杆5、拉伸透射杆4的长度需足够长，能够满足霍普金森试验技术中一维应力波假定，带有转接头的入射杆、压缩透射杆5、拉伸透射杆4、缓冲装置6共轴放置。

动态拉伸试验：将转接头通过内螺纹2-3与入射杆上的外螺纹1-3进行连接，使得当高压气体从进气孔1-4进入时环形电磁铁1-7左侧的圆柱形中空腔体1-2成为密封的空间，将拉伸试件7通过两侧的外螺纹7-1与转接头、拉伸透射杆4相连接，将进气软管3-5与进气孔1-4连接，并套设密封圈3-6，通过控制进气口电磁阀3-2进气，观察气压表3-3，当达到相应的气压后，打开出气口电磁阀3-4，高压气体沿进气软管3-5、进气孔1-4进入圆柱形中空腔体1-2内，在穿过环形电磁铁1-7中间的孔后推动子弹1-8运动，撞击入射杆后产生相应的脉冲对拉伸试件7进行加载，应变片9记录下相应的脉冲信息并传递至超动态应变仪及数据处理***，缓冲装置6起到缓冲作用消耗入射杆多余的动能。

动态压缩试验：将转接头通过内螺纹2-3与入射杆上的外螺纹1-3进行连接，使得当高压气体从进气孔1-4进入时环形电磁铁1-7左侧的圆柱形中空腔体1-2成为密封的空间，将圆柱形压缩试件8夹持在入射杆的最右端与压缩透射杆5的最左端之间，将进气软管3-5与进气孔1-4连接，并套设密封圈3-6，通过控制进气口电磁阀3-2进气，观察气压表3-3，当达到相应的气压后，打开出气口电磁阀3-4，高压气体沿进气软管3-5、进气孔1-4进入圆柱形中空腔体1-2内，在穿过环形电磁铁1-7中间的孔后推动子弹1-8运动，撞击入射杆后产生相应的脉冲对压缩试件8进行加载，应变片9记录下相应的脉冲信息并传递至超动态应变仪及数据处理***，缓冲装置6起到缓冲作用消耗入射杆多余的动能。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种霍普金森拉压一体试验装置，包括发射装置、入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆、转接头和信号处理***；

所述入射杆包括入射杆杆体和子弹；入射杆杆体为长圆柱体，入射杆杆体的一端为转接头连接端，另一端为动态压缩试验的作用端；

入射杆杆体从转接头连接端开始向动态压缩试验的作用端一定长度范围内设有圆柱形中空腔体，在此长度范围外为实心圆柱体，所述子弹处在所述中空腔体中；在转接头连接端一定范围内设有外螺纹，供与转接头螺纹连接，在入射杆杆体设有圆柱形中空腔体的长度范围内在子弹的初始位之前设置有进气孔，在圆柱形中空腔体的子弹行程末端设置有泄气孔；

所述入射杆杆体对于子弹初始位还设有限位结构；

以子弹射出方向为前，所述转接头包括后套管、前套管和中间的隔板，前套管内具有和入射杆杆体连接的内螺纹，后套管内具有和拉伸试件连接的内螺纹。

2.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述入射杆还包括电磁铁、及电磁铁的电流控制装置；所述电磁铁处在进气孔与限位结构之间并紧靠限位结构，所述电磁铁的中间设有供气体通过的孔洞。

3.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述限位结构为与入射杆杆体螺纹连接并伸入圆柱形中空腔体中的螺栓。

4.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：泄气孔的最前端与圆柱形中空腔体的最前端在同一平面上。

5.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述发射装置包括进气口电磁阀、气缸、压力表、出气口电磁阀、出气软管和密封圈；压力表设置在气缸上，气缸的出气口端进过出气口电磁阀与出气软管相连接，出气软管的另一端连接在入射杆杆体上的进气孔上，并在连接处套设密封圈；出气软管的长度需要满足动态拉伸及动态压缩试验的要求。

6.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述的拉伸透射杆为长圆柱体，在靠近入射杆的一端一定长度范围内设有内螺纹，其内螺纹与拉伸试件两端的外螺纹适配。

7.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述的压缩透射杆为实心长圆柱体。

8.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述的信号处理***包括应变片、导线、超动态应变仪和数据处理***，进行动态拉伸试验时，两片应变片分别贴在设有圆柱形中空腔体的长度范围内的入射杆杆体和未设有内螺纹范围的拉伸透射杆上；进行动态压缩试验时，两片应变片分别贴在未设有圆柱形中空腔体的长度范围内的入射杆杆体和压缩透射杆上，应变片通过导线与超动态应变仪相连，超动态应变仪与数据处理***相连。

9.根据权利要求1所述的一种霍普金森拉压一体试验装置，其特征在于：所述的入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆三者的直径相同，入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆和转接头采用相同的钢材制成，入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆的长度需足够长，能够满足霍普金森试验技术中一维应力波假定，带有转接头的入射杆、压缩透射杆、拉伸透射杆、缓冲装置共轴放置。