專利名稱：一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置及實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種沖擊膨脹環(huán)實驗，尤其是涉及ー種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置及實驗方法。
背景技術(shù)：
目前，動態(tài)加載下的膨脹環(huán)實驗主要分為電磁膨脹環(huán)和爆炸膨脹環(huán)兩種。電磁膨脹環(huán)是通過電磁力驅(qū)動環(huán)形試件膨脹，能精確的控制環(huán)的膨脹應(yīng)變率；但能達到的應(yīng)變率較低，且要求環(huán)的電導(dǎo)率較高，大電流帶來的熱軟化效應(yīng)也相當(dāng)明顯，故電磁膨脹環(huán)實驗裝置只能針對導(dǎo)電良好的金屬環(huán)試件，且試件溫升帶來的力學(xué)性能改變也是不可避免的。爆炸膨脹環(huán)是沖擊波驅(qū)動環(huán)形試件，使其獲得初始動能后自由膨脹，爆炸沖擊波可以使試件
獲得較大動能而達到較高應(yīng)變率，試件材料不受限，且溫升不明顯；但爆炸產(chǎn)生的沖擊波影響試件的ー維拉伸狀態(tài)，爆炸的隨機性也使得實驗裝置的應(yīng)變率調(diào)節(jié)困難，且整體實驗裝置成本較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置及實驗方法，本實用裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便；本實驗方法測定的數(shù)據(jù)可靠，便于推廣。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，包括前活塞套筒和后活塞套筒，所述的前活塞套筒包括第一筒體和第一底座，所述的第一底座中間設(shè)置有第一通孔，所述的第一底座的外徑大于第一筒體的外徑，所述的第一底座側(cè)部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)；
所述的后活塞套筒包括第二筒體和第二底座，所述的第二底座上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述的第一底座上的外螺紋與第二底座上的內(nèi)螺紋相互配合，所述的第一底座與第二底座之間形成間隙，所述的間隙中間放置有圓環(huán)形試件，所述的第二底座中間設(shè)置有第二通孔，所述的第一通孔與所述的第二通孔相互吻合；
第一沖擊活塞伸入所述的第一筒體內(nèi)一段距離，第二沖擊活塞完全塞入所述的第二筒體內(nèi)；
第一沖擊活塞與第一筒體之間形成的空腔、第一通孔和第二通孔內(nèi)充滿有液壓油。所述的第一底座上分布有多個細小的通氣孔，間隙內(nèi)的空氣通過所述的通氣孔與外部空氣連通。所述的第一筒體上設(shè)置有注油孔，所述的注油孔上設(shè)置有帶密封環(huán)的塞頭。所述的第一沖擊活塞上套設(shè)有第一密封環(huán)，所述的第二沖擊活塞上套設(shè)有第二密封環(huán)。ー種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗方法，其特征在于包括如下具體步驟
I)用一根直徑與第一通孔內(nèi)徑相當(dāng)?shù)膱A柱棒插入前活塞套筒內(nèi)，將圓環(huán)形試件套在圓
柱棒上后，同時將圓柱棒前端插入后活塞套筒的第二通孔中，將圓環(huán)形試件定位后，前活塞套筒的第一底座與后活塞套筒的第二底座旋緊，形成套筒組件，拔出圓柱棒，圓環(huán)形試件被固定在第一底座與第二底座之間的間隙中心；
2)將套筒組件直立起來，使前活塞套筒的第一筒體開ロ朝上，后活塞套筒的第二筒體開ロ朝下，將第二沖擊活塞完全塞入后活塞套筒的第二筒體內(nèi)，從第一筒體的筒ロ注入液壓油至注油孔的最低位以下，然后將第一沖擊活塞緩慢塞入到第一筒體內(nèi)至注油孔的最高位以上；
3)將灌有液壓油的套筒組件橫向放置，使注油孔開ロ朝上，然后從注油孔緩慢將液壓油注滿第一筒體，用配有密封環(huán)的塞頭將注油孔封?。?br> 4)將組裝好的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置作為ー個整體試件置于分離式霍普金森入射桿和透射桿之間，用子彈打擊入射桿提供ー個初始的動能，使得液壓油獲得一個膨脹速度驅(qū)動圓環(huán)形試件膨脹。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于I :利用液壓油的近似不可壓縮特性，可將較低的打擊速度轉(zhuǎn)化為較高的膨脹速度，并避免了試件的溫升和應(yīng)カ波效應(yīng)，同時保證了試件的一維應(yīng)カ狀態(tài)和原始的力學(xué)性能；2 :實驗方法是基于霍普金森壓桿技術(shù)而提出的，霍普金森壓桿在國內(nèi)外普及程度較高，相對于電磁膨脹環(huán)方法和爆炸膨脹環(huán)方法，本發(fā)明專利更利于廣泛應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明的立體 圖2為本發(fā)明的剖視 圖3為圖2中A中的放大 圖4為本發(fā)明置于霍普金森壓桿后的結(jié)構(gòu) 圖5為本發(fā)明的前活塞套筒的立體圖(一)；
圖6為本發(fā)明的前活塞套筒的立體圖(ニ)；
圖7為本發(fā)明的后活塞套筒的立體圖(一)；
圖8為本發(fā)明的后活塞套筒的立體圖(ニ)；
圖9為本發(fā)明的圓環(huán)形試件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進ー步詳細描述。ー種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，包括前活塞套筒I和后活塞套筒2，前活塞套筒I包括第一筒體11和第一底座12，第一底座12中間設(shè)置有第一通孔13，第一底座12的外徑大于第一筒體11的外徑，第一底座12側(cè)部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)；
后活塞套筒2包括第二筒體21和第二底座22，第二底座22上設(shè)置有內(nèi)螺紋，第一底座12上的外螺紋與第二底座22上的內(nèi)螺紋相互配合，第一底座12與第二底座22之間形成間隙3，間隙3中間放置有圓環(huán)形試件4，第二底座22中間設(shè)置有第二通孔23，第一通孔13與第二通孔23相互吻合；
第一沖擊活塞5伸入第一筒體11內(nèi)一段距離，第二沖擊活塞6完全塞入第二筒體21
內(nèi)；第一沖擊活塞5與第一筒體11之間形成的空腔6、第一通孔13和第二通孔23內(nèi)充滿有液壓油19。第一底座12上分布有多個細小的通氣孔121，間隙3內(nèi)的空氣通過通氣孔121與外部空氣連通。第一筒體11上設(shè)置有注油孔14，注油孔14上設(shè)置有帶密封環(huán)的塞頭15。第一沖擊活塞5上套設(shè)有第一密封環(huán)51，第二沖擊活塞6上套設(shè)有第二密封環(huán)62。ー種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗方法，其特征在于包括如下具體步驟
1)用一根直徑與第一通孔內(nèi)徑相當(dāng)?shù)膱A柱棒插入前活塞套筒I內(nèi)，將圓環(huán)形試件4套在圓柱棒上后，同時將圓柱棒前端插入后活塞套筒2的第二通孔23中，將圓環(huán)形試件4定 位后，前活塞套筒I的第一底座12與后活塞套筒2的第二底座22旋緊，形成套筒組件，拔出圓柱棒，圓環(huán)形試件4被固定在第一底座12與第二底座22之間的間隙3中心；
2)將套筒組件直立起來，使前活塞套筒I的第一筒體11開ロ朝上，后活塞套筒2的第ニ筒體21開ロ朝下，將第二沖擊活塞6完全塞入后活塞套筒2的第二筒體21內(nèi)，從第一筒體21的筒ロ注入液壓油至注油孔14的最低位以下，然后將第一沖擊活塞5緩慢塞入到第一筒體21內(nèi)至注油孔14的最高位以上；
3)將灌有液壓油的套筒組件橫向放置，使注油孔14開ロ朝上，然后從注油孔14緩慢將液壓油注滿第一筒體11，用配有密封環(huán)的塞頭15將注油孔14封??；
4)將組裝好的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置作為ー個整體試件置于分離式霍普金森入射桿16和透射桿17之間，用子彈18打擊入射桿16提供ー個初始的動能，使得液壓油19獲得ー個膨脹速度驅(qū)動圓環(huán)形試件4膨脹。
權(quán)利要求
1.一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，其特征在于包括前活塞套筒和后活塞套筒，所述的前活塞套筒包括第一筒體和第一底座，所述的第一底座中間設(shè)置有第一通孔，所述的第一底座的外徑大于第一筒體的外徑，所述的第一底座側(cè)部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)； 所述的后活塞套筒包括第二筒體和第二底座，所述的第二底座上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述的第一底座上的外螺紋與第二底座上的內(nèi)螺紋相互配合，所述的第一底座與第二底座之間形成間隙，所述的間隙中間放置有圓環(huán)形試件，所述的第二底座中間設(shè)置有第二通孔，所述的第一通孔與所述的第二通孔相互吻合； 第一沖擊活塞伸入所述的第一筒體內(nèi)一段距離，第二沖擊活塞完全塞入所述的第二筒體內(nèi)； 第一沖擊活塞與第一筒體之間形成的空腔、第一通孔和第二通孔內(nèi)充滿有液壓油。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，其特征在于所述的第一底座上分布有多個細小的通氣孔，間隙內(nèi)的空氣通過所述的通氣孔與外部空氣連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，其特征在于所述的第一筒體上設(shè)置有注油孔，所述的注油孔上設(shè)置有帶密封環(huán)的塞頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，其特征在于所述的第一沖擊活塞上套設(shè)有第一密封環(huán)，所述的第二沖擊活塞上套設(shè)有第二密封環(huán)。
5.一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗方法，其特征在于包括如下具體步驟 1)用一根直徑與第一通孔內(nèi)徑相當(dāng)?shù)膱A柱棒插入前活塞套筒內(nèi)，將圓環(huán)形試件套在圓柱棒上后，同時將圓柱棒前端插入后活塞套筒的第二通孔中，將圓環(huán)形試件定位后，前活塞套筒的第一底座與后活塞套筒的第二底座旋緊，形成套筒組件，拔出圓柱棒，圓環(huán)形試件被固定在第一底座與第二底座之間的間隙中心； 2)將套筒組件直立起來，使前活塞套筒的第一筒體開口朝上，后活塞套筒的第二筒體開口朝下，將第二沖擊活塞完全塞入后活塞套筒的第二筒體內(nèi)，從第一筒體的筒口注入液壓油至注油孔的最低位以下，然后將第一沖擊活塞緩慢塞入到第一筒體內(nèi)至注油孔的最高位以上； 3)將灌有液壓油的套筒組件橫向放置，使注油孔開口朝上，然后從注油孔緩慢將液壓油注滿第一筒體，用配有密封環(huán)的塞頭將注油孔封??； 4)將組裝好的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置作為一個整體試件置于分離式霍普金森入射桿和透射桿之間，用子彈打擊入射桿提供一個初始的動能，使得液壓油獲得一個膨脹速度驅(qū)動圓環(huán)形試件膨脹。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于霍普金森壓桿的沖擊膨脹環(huán)實驗裝置，第一底座上的外螺紋與第二底座上的內(nèi)螺紋相互配合，第一底座與第二底座之間形成間隙，間隙中間放置有圓環(huán)形試件，第二底座中間設(shè)置有第二通孔，第一通孔與第二通孔相互吻合；第一沖擊活塞伸入第一筒體內(nèi)一段距離，第二沖擊活塞完全塞入第二筒體內(nèi)；第一沖擊活塞與第一筒體之間形成的空腔、第一通孔和第二通孔內(nèi)充滿有液壓油，其優(yōu)點是1利用液壓油的近似不可壓縮特性，可將較低的打擊速度轉(zhuǎn)化為較高的膨脹速度，并避免了試件的溫升和應(yīng)力波效應(yīng)，同時保證了試件的一維應(yīng)力狀態(tài)和原始的力學(xué)性能；2相對于電磁膨脹環(huán)方法和爆炸膨脹環(huán)方法，本發(fā)明專利更利于廣泛應(yīng)用。
文檔編號G01N3/307GK102680338SQ20121014433
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者周風(fēng)華, 鄭宇軒 申請人:寧波大學(xué)