專利名稱：基于Hopkinson桿的材料動態(tài)雙壓剪實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的動態(tài)力學(xué)性能測試裝置，具體說是一種基于H叩kinson桿的材 料動態(tài)雙壓剪實驗裝置。
二、 背景技術(shù)-
在實際應(yīng)用中，材料的的力學(xué)性能以及破壞過程一般都是處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下， 即同時受到法向和切向的作用力，而其中的切向力往往對材料的破壞起著很重要的作 用。因此，認(rèn)識材料在壓剪復(fù)合加載下的力學(xué)響應(yīng)特征就成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。
目前，就動態(tài)壓剪實驗技術(shù)而言，目前主要有三類
第一類是斜板撞擊實驗，該技術(shù)通過氣炮進(jìn)行飛片平行撞擊加載，這種方法的缺 點在于實驗過程中有沖擊波的傳播，因此涉及到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)問題，導(dǎo)致很難從實驗中 直觀得到材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；
第二類是基于Hopkinson扭桿的壓扭加載技術(shù)，該技術(shù)是在現(xiàn)有的Hopkinson扭 桿基礎(chǔ)上改為壓扭復(fù)合加載來實現(xiàn)壓剪加載，但其缺點在于壓、剪應(yīng)力波很難同時到 達(dá)，不算是真正意義上的動態(tài)壓剪加載；
第三類是采用特殊設(shè)計的試樣，如帽形或其它形狀，利用Hopkinson壓桿對試樣 進(jìn)行壓剪動態(tài)加載，但這類方法的缺點在于對實現(xiàn)了壓剪復(fù)合加載，但往往由于試樣 的改造使得試樣的形狀復(fù)雜、加工困難、應(yīng)力狀態(tài)不理想，難以進(jìn)行定量化的實驗測 試和分析。
近年來，國防科大的盧芳云等又對傳統(tǒng)的Hokinson壓桿進(jìn)行改造，提出了一種新 的壓剪復(fù)合加載技術(shù)。他們將Hopkinson壓桿的入射桿的后端面由原來的平面改成兩 個45。角的楔形面，用兩根垂直于楔形面安裝的透射桿取代了原來的單根透射桿，利 用斜面的幾何效應(yīng)和端面摩擦效應(yīng)實現(xiàn)對試樣的平面壓剪復(fù)合加載。但這種方法的缺 點是需要使用兩根透射桿，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和占地面積。
三
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的實驗系統(tǒng)的復(fù)雜、占地面積大，以及試樣的形狀復(fù)雜、 加工困難、應(yīng)力狀態(tài)不理想，難以進(jìn)行定量化的實驗測試和分析的不足，本發(fā)明提出 了一種基于Hopkinson桿的材料動態(tài)雙壓剪實驗裝置。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在Hopkinson桿的材料動態(tài)雙壓剪實驗裝置上同軸
3順序安裝有撞擊桿、入射桿和透射桿，入射桿和透射桿之間夾有兩個相同的試樣，數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)通過粘貼在入射桿和透射桿上的應(yīng)變片采集數(shù)據(jù)。所述的入射桿和透射桿 相鄰的端頭中，入射桿的端頭為V形槽或楔形頭，透射桿的端頭為楔形頭或V形槽，
即入射桿V形槽與透射桿的楔形頭配合，或者是入射桿的楔形頭與透射桿的V形槽配 合；V形槽和楔形頭的斜面與入射桿和透射桿的軸線夾角相同且在30。至80。之間。兩 個試樣對稱的夾在V形槽和楔形頭的斜面之間。
本發(fā)明的實驗裝置中，由于入射桿和透射桿相鄰的端面由傳統(tǒng)的Hopkinson壓桿 的平面改成兩個對稱的斜面，而且入射桿和透射桿相鄰端的斜面與桿軸向的夾角相等， 因此可以將兩個相同的試樣對稱的夾在兩根桿的斜面間。實驗時，由于斜面的幾何效 應(yīng)，當(dāng)撞擊桿撞擊入射桿產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波到達(dá)入射桿與試樣接觸的端面時，原來沿 桿軸向傳播的壓縮波將分解為垂直于桿端斜面的壓縮波和平行于斜面的剪切波，其中 的壓縮波分量將對夾在入射桿和透射桿斜面間的試樣施加壓縮載荷，同時在端面摩擦 效應(yīng)的作用下，剪切波分量也被施加在試樣上，實現(xiàn)了同時對試樣施加壓縮和剪切沖 擊載荷。
本發(fā)明無需對H叩kinson壓桿進(jìn)行大的改動，只需重新加工一根一端為楔形和一 根一端開有V形槽的壓桿。采用傳統(tǒng)的H叩kinson壓桿試樣即可對兩個試樣同時施加 壓剪組合的沖擊載荷。設(shè)備整個系統(tǒng)占地面積小，美觀大方，操作簡單。
四

圖1是入射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面60°的基于Hopkinson桿的材料 動態(tài)雙壓剪實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是透射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面30°的基于Hopkinson桿的材料 動態(tài)雙壓剪實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是入射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面80°的基于Hopkinson桿的材料 動態(tài)雙壓剪實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖4是透射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面45°的基于Hopkinson桿的材料 動態(tài)雙壓剪實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中
1、高壓氣源 2、撞擊桿發(fā)射機構(gòu) 3、撞擊桿 4、入射桿 5、應(yīng)變片 6、試樣 7、透射桿 8、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)其中
五具體實施例方式
實施例一
如圖l所示本實施例包括撞擊桿3、入射桿4、透射桿7、兩個相同的試樣6、
撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。本實施例中，入射桿4與透射桿7相鄰的端頭加工 成V形槽，而與之相配合的透射桿7的端頭為楔形頭，并且入射桿4的V形槽和透射 桿7楔形頭的斜面與桿的軸線夾角均為60°。入射桿4開有V形槽的一端和透射桿7 楔形頭一端同軸相對安裝，兩個試樣6分別夾在兩個斜面中間。入射桿的另一端設(shè)有 撞擊桿3、撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。另外有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，其通過粘貼在入 射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5采集數(shù)據(jù)。 實驗時
1. 調(diào)整入射桿4和透射桿7的位置，使入射桿4的V形槽與透射桿7的楔形面相
對；
2. 將兩個相同的試樣6對稱的分別安裝在入射桿4的V形槽和透射桿7的楔形面 之間；
3. 設(shè)置好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，等待觸發(fā)；
4. 通過高壓氣源1向發(fā)射機構(gòu)2充氣，并發(fā)射撞擊桿3;
5. 撞擊桿3在高壓氣的驅(qū)動下沖擊入射桿4，首先在入射桿4中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波， 由于斜面的幾何效應(yīng)，該壓縮應(yīng)力波達(dá)到入射桿4與試樣6接觸的端面時將分解為壓 縮和剪切波，并同時加載到試樣6上，并透射入透射桿7，這樣就實現(xiàn)了壓剪動態(tài)聯(lián) 合加載。
6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通過粘貼在入射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 實施例二
如圖2所示本實施例包括撞擊桿3、入射桿4、透射桿7、兩個相同的試樣6、 撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。本實施例中，與實施例一的不同之處在于入射桿4 與試樣相接觸一端被加工成楔形頭，而透射桿7與試樣接觸一端被加工成V形槽，同 時入射桿4的楔形頭和透射桿7的V形槽的斜面與桿的軸線夾角均為30°。入射桿4 的楔形頭一端和透射桿7的V形槽一端同軸相對安裝，兩個試樣6分別夾在兩個斜面
5中間。入射桿的另一端設(shè)有撞擊桿3、撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。另外有數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)8，其通過粘貼在入射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5采集數(shù)據(jù)。 實驗時
1. 調(diào)整入射桿4和透射桿7的位置，使入射桿4的V形槽與透射桿7的楔形面相
對；
2. 將兩個相同的試樣6對稱的分別夾在入射桿4的V形槽和透射桿7的楔形面之
間；
3. 設(shè)置好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，等待觸發(fā)；
4. 通過高壓氣源1向發(fā)射機構(gòu)2充氣，并發(fā)射撞擊桿3;
5. 撞擊桿3在高壓氣的驅(qū)動下沖擊入射桿4，首先在入射桿4中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波， 由于斜面的幾何效應(yīng)，該壓縮應(yīng)力波達(dá)到入射桿4與試樣6接觸的端面時將分解為壓 縮和剪切波，加載到試樣6上，并透射入透射桿7，這樣就實現(xiàn)了壓剪動態(tài)聯(lián)合加載。
6. 同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通過粘貼在入射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5來實現(xiàn)數(shù) 據(jù)采集。
實施例三
如圖l所示本實施例包括撞擊桿3、入射桿4、透射桿7、兩個相同的試樣6、 撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。本實施例中，入射桿4與透射桿7相鄰的端頭加工 成V形槽，而與之相配合的透射桿7的端頭為楔形頭，并且入射桿4的V形槽和透射 桿7楔形頭的斜面與桿的軸線夾角均為80°。入射桿4開有V形槽的一端和透射桿7 楔形頭一端同軸相對安裝，兩個試樣6分別夾在兩個斜面中間。入射桿的另一端設(shè)有 撞擊桿3、撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。另外有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，其通過粘貼在入 射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5采集數(shù)據(jù)。
實驗時
1. 調(diào)整入射桿4和透射桿7的位置，使入射桿4的V形槽與透射桿7的楔形面相
對；
2. 將兩個相同的試樣6對稱的分別安裝在入射桿4的V形槽和透射桿7的楔形面 之間；
3. 設(shè)置好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，等待觸發(fā)；4. 通過高壓氣源1向發(fā)射機構(gòu)2充氣，并發(fā)射撞擊桿3;
5. 撞擊桿3在高壓氣的驅(qū)動下沖擊入射桿4，首先在入射桿4中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波， 由于斜面的幾何效應(yīng)，該壓縮應(yīng)力波達(dá)到入射桿4與試樣6接觸的端面時將分解為壓 縮和剪切波，并同時加載到試樣6上，并透射入透射桿7，這樣就實現(xiàn)了壓剪動態(tài)聯(lián) 合加載。
6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通過粘貼在入射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 實施例四
如圖2所示本實施例包括撞擊桿3、入射桿4、透射桿7、兩個相同的試樣6、 撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。本實施例中，與實施例一的不同之處在于入射桿4 與試樣相接觸一端被加工成楔形頭，而透射桿7與試樣接觸一端被加工成V形槽，同 時入射桿4的楔形頭和透射桿7的V形槽的斜面與桿的軸線夾角均為45°。入射桿4 的楔形頭一端和透射桿7的V形槽一端同軸相對安裝，兩個試樣6分別夾在兩個斜面 中間。入射桿的另一端設(shè)有撞擊桿3、撞擊桿發(fā)射機構(gòu)2及高壓氣源1。另外有數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)8，其通過粘貼在入射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5采集數(shù)據(jù)。
實驗時
2.調(diào)整入射桿4和透射桿7的位置，使入射桿4的V形槽與透射桿7的楔形面相
對；
2. 將兩個相同的試樣6對稱的分別夾在入射桿4的V形槽和透射桿7的楔形面之
間；
3. 設(shè)置好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，等待觸發(fā)；
4. 通過高壓氣源1向發(fā)射機構(gòu)2充氣，并發(fā)射撞擊桿3;
5. 撞擊桿3在高壓氣的驅(qū)動下沖擊入射桿4，首先在入射桿4中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波， 由于斜面的幾何效應(yīng)，該壓縮應(yīng)力波達(dá)到入射桿4與試樣6接觸的端面時將分解為壓 縮和剪切波，加載到試樣6上，并透射入透射桿7，這樣就實現(xiàn)了壓剪動態(tài)聯(lián)合加載。
6. 同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通過粘貼在入射桿4和透射桿7上的應(yīng)變片5來實現(xiàn)數(shù) 據(jù)采集。
權(quán)利要求
1. 一種基于Hopkinson桿的材料動態(tài)雙壓剪實驗裝置，包括應(yīng)變片(5)、撞擊桿(3)、入射桿(4)和透射桿(7)，其特征在于入射桿(4)和透射桿(7)相鄰的端頭中的一個端頭為V形槽或楔形頭，另一個端頭為楔形頭或V形槽；該V形槽和楔形頭的斜面與入射桿(4)和透射桿(7)的軸線夾角相同且均在30°至80°之間；兩個試樣(6)對稱的安裝在V形槽和楔形頭或者楔形頭和V形槽相對應(yīng)的斜面之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于Hopkinson桿的材料動態(tài)雙壓剪實驗裝置，包括應(yīng)變片(5)、撞擊桿(3)、入射桿(4)和透射桿(7)，其特征在于，入射桿(4)和透射桿(7)相鄰的端頭中的一個為V形槽或楔形頭，另一個為楔形頭或V形槽；V形槽和楔形頭的斜面與入射桿(4)和透射桿(7)的軸線夾角相同且均在30°至80°之間；兩個試樣對稱的夾在V形槽和楔形頭的斜面之間。本發(fā)明無需對Hopkinson壓桿進(jìn)行大的改動，只需重新加工一根一端為楔形或V形槽的入射桿(4)和一根一端開有V形槽或楔形頭的壓桿；采用傳統(tǒng)的Hopkinson壓桿試樣即可對兩個試樣同時施加壓剪組合的沖擊載荷。具有設(shè)備占地面積小，美觀大方，操作簡單的特點。
文檔編號G01N3/307GK101504347SQ20081001750
公開日2009年8月12日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者史嬌紅, 李玉龍, 濤 索, 郭偉國 申請人:西北工業(yè)大學(xué)