霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置，其拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)使用的充氣裝置、氣缸、發(fā)射炮、發(fā)射炮控制系統(tǒng)和子彈是兩套相互獨(dú)立的系統(tǒng)，而固定導(dǎo)軌、可調(diào)支撐裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、入射桿、透射桿和吸收裝置則是共用的系統(tǒng)，既可以分別進(jìn)行拉伸和壓縮兩種實(shí)驗(yàn)，又可以大大降低了成本，且采用凸臺(tái)螺紋，使得試件的更換更加便利，使得實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到了進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，對(duì)于單一、實(shí)驗(yàn)量大的實(shí)驗(yàn)，效率有了顯著的提升。
【專利說(shuō)明】霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，特別是一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在材料的力學(xué)研究過(guò)程中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)其壓縮和拉伸性能是不對(duì)稱的，不能簡(jiǎn)單地將壓縮表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性能應(yīng)用到拉伸環(huán)境中。這樣就需要搭建可以研究材料拉伸性能的實(shí)驗(yàn)裝置。目前獨(dú)立存在的實(shí)驗(yàn)裝置有霍普金森壓桿和霍普金森拉桿，如果同時(shí)將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置建立起來(lái)成本很高并且十分占用空間資源。故我們考慮將兩種實(shí)驗(yàn)裝置整合為一體實(shí)驗(yàn)裝置，這樣既節(jié)約了成本，又節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室的空間資源。
[0003]拉壓一體霍普金森桿裝置是基于霍普金森試驗(yàn)原理，對(duì)霍普金森壓桿進(jìn)行改進(jìn)的用于測(cè)量材料高應(yīng)變率拉伸和壓縮性能的試驗(yàn)裝置，所以對(duì)于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)應(yīng)滿足波在桿中傳播的一維性和均勻性。文獻(xiàn)“Lindholm, U.S., Yeakley, L.M., Nagy, A.:High strainrate testing: tension and compression.Exp.Mech.8，1-9 (1968) ” 中給出的實(shí)驗(yàn)裝置由于桿截面的不一致性、透射桿中孔的作用以及試件與桿之間的摩擦使得上述條件很難滿足。文獻(xiàn)“Nicholas.T:Tensile testing of materials at high rates of strain.Exp.Mech, 21:177 - 185 (1980)”對(duì)于波在桿中傳播一維性和均勻性有了非常大的提升，并且基本保證傳入試樣的那一部分壓縮波不會(huì)引起試樣的塑性變形，但加工和實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為繁瑣，不適用于實(shí)驗(yàn)量較大的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，適用于大量實(shí)驗(yàn)研究的霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0006]一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置，水平臺(tái)上設(shè)置有固定導(dǎo)軌，炮管支架和壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置，炮管支架支撐壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置的炮管，固定導(dǎo)軌上設(shè)置有配套滑塊，配套滑塊上從左到右分別安裝有動(dòng)能吸收器和微調(diào)支撐裝置，微調(diào)支撐裝置從左到右支撐波吸收桿、雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿和單端面螺紋孔孔桿，拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置設(shè)置在固定導(dǎo)軌上，雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿穿過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置，法蘭盤波轉(zhuǎn)換器為圓柱凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)上加工螺紋，螺紋與雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿的內(nèi)螺紋配合，法蘭盤波轉(zhuǎn)換器通過(guò)螺紋連接在雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿靠近波吸收桿的一端，試件夾持裝置與法蘭盤波轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)相同，通過(guò)螺紋分別連接在雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿靠近單端面螺紋孔孔桿的一端和單端面螺紋孔孔桿靠近雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿的一端；拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置的拉伸實(shí)驗(yàn)炮管內(nèi)設(shè)置有帶中心孔的活塞和管狀子彈，雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿分別穿過(guò)帶中心孔的活塞和管狀子彈。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0008](I)本發(fā)明由于將拉伸發(fā)射裝置有機(jī)的整合到了霍普金森壓縮實(shí)驗(yàn)裝置中，因此，可以在一個(gè)霍普金森實(shí)驗(yàn)裝置中分別進(jìn)行拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)研究材料的力學(xué)性能，且除了發(fā)射系統(tǒng)外均采用同一實(shí)驗(yàn)設(shè)備，大大降低了成本。
[0009](2)本發(fā)明由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備中采用凸臺(tái)螺紋，使得試件的更換更加便利，使得實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到了進(jìn)一步的簡(jiǎn)化；對(duì)于單一、實(shí)驗(yàn)量大的實(shí)驗(yàn)，效率有了顯著的提升。
[0010](3)本發(fā)明拉伸試驗(yàn)采用氣體推動(dòng)活塞，活塞帶動(dòng)子彈的方法對(duì)子彈進(jìn)行加速，這樣減少了子彈的加速距離，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)裝置。
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的拉伸炮管的剖視圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的法蘭盤波轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]結(jié)合圖1?圖5:
[0018]本發(fā)明公開了一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置，水平臺(tái)I上設(shè)置有固定導(dǎo)軌2，炮管支架11和壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置12，炮管支架11支撐壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置12的炮管，固定導(dǎo)軌2上設(shè)置有配套滑塊4，配套滑塊4上從左到右分別安裝有動(dòng)能吸收器3和微調(diào)支撐裝置5，微調(diào)支撐裝置從左到右支撐波吸收桿6、雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8和單端面螺紋孔孔桿10，拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置9設(shè)置在固定導(dǎo)軌2上，雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8穿過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置9，法蘭盤波轉(zhuǎn)換器7為圓柱凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)上加工螺紋，螺紋與雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8的內(nèi)螺紋配合，法蘭盤波轉(zhuǎn)換器7通過(guò)螺紋連接在雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8靠近波吸收桿6的一端，試件夾持裝置31與法蘭盤波轉(zhuǎn)換器7結(jié)構(gòu)相同，通過(guò)螺紋分別連接在雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8靠近單端面螺紋孔孔桿10的一端和單端面螺紋孔孔桿10靠近雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8的一端；拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置9的拉伸實(shí)驗(yàn)炮管13內(nèi)設(shè)置有帶中心孔的活塞30和管狀子彈29，雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8分別穿過(guò)帶中心孔的活塞30和管狀子彈29。
[0019]拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置9的實(shí)驗(yàn)炮管13設(shè)置在固定導(dǎo)軌2上，拉伸實(shí)驗(yàn)氣缸17設(shè)置在拉伸實(shí)驗(yàn)炮管13的上方，拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口 14通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口電磁閥15連接拉伸實(shí)驗(yàn)氣缸17，拉伸實(shí)驗(yàn)氣缸17上端設(shè)置拉伸實(shí)驗(yàn)壓力傳感器16，另一端依次通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)出氣口電磁閥18、拉伸實(shí)驗(yàn)手動(dòng)閥19和直角導(dǎo)氣管20與拉伸實(shí)驗(yàn)炮管相連。
[0020]壓縮實(shí)驗(yàn)氣缸24固定在水平臺(tái)I上，壓縮實(shí)驗(yàn)氣缸24通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)出氣口電磁閥26和壓縮實(shí)驗(yàn)出氣口手動(dòng)閥22與拉伸實(shí)驗(yàn)炮管21相連，另一端依次通過(guò)螺紋連接有端蓋27，壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口電磁閥25和壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口 28。
[0021]在附圖1中，水平臺(tái)I作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的基座，其上安裝固定導(dǎo)軌2使整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置在一條直線上。配套滑塊4可以在固定導(dǎo)軌2上滑動(dòng)和固定，用來(lái)連接微調(diào)支撐裝置5和固定導(dǎo)軌2。下面分別介紹壓縮試驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)的【具體實(shí)施方式】:
[0022]壓縮試驗(yàn):將試件夾持裝置31螺紋連接到雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8和單端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿10的相鄰端，試件置于試件夾持裝置31之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口 28向壓縮實(shí)驗(yàn)氣缸24充氣，此過(guò)程由壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口電磁閥25進(jìn)行控制，壓縮實(shí)驗(yàn)氣缸24內(nèi)壓力的大小可以通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)壓力傳感器23獲得。壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置發(fā)射子彈時(shí)應(yīng)同時(shí)觸發(fā)壓縮實(shí)驗(yàn)出氣口電磁閥26和壓縮實(shí)驗(yàn)出氣口手動(dòng)閥22才可使氣體對(duì)子彈進(jìn)行加速?gòu)膲嚎s實(shí)驗(yàn)炮管21射出。隨后子彈撞擊單端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿10并產(chǎn)生壓縮波，壓縮波經(jīng)過(guò)試件后傳入雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8，這樣就完成了壓縮加載過(guò)程。雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8又將波傳入波吸收桿6并最終被動(dòng)能吸收器3將能量吸收，數(shù)據(jù)采集卡收集雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8和單端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿10中的電壓信號(hào)。
[0023]拉伸試驗(yàn):將粘結(jié)有試件的試件夾持裝置31螺紋連接到雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8的和單端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿10的相鄰端，試件粘結(jié)于試件夾持裝置31之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。充氣和發(fā)射控制與壓縮試驗(yàn)相同，氣壓測(cè)量通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)壓力傳感器16實(shí)現(xiàn)。直角導(dǎo)氣管20改變氣流方向，使氣流通過(guò)推動(dòng)帶中心孔活塞30，帶中心孔活塞30推動(dòng)管狀子彈29完成發(fā)射過(guò)程。發(fā)射后子彈撞擊法蘭盤波轉(zhuǎn)換器7，使產(chǎn)生的壓縮波經(jīng)過(guò)左端面后反射形成拉伸波傳入雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8，拉伸波經(jīng)過(guò)試件后傳入I單端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿0，這樣就完成了拉伸加載過(guò)程。法蘭盤波轉(zhuǎn)換器7撞擊并將波傳入波吸收桿6，最終被動(dòng)能吸收器3將能量吸收，數(shù)據(jù)采集卡收集雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿8和單端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿10中的電壓信號(hào)。
[0024]若需要進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，壓縮試驗(yàn)只需對(duì)試件進(jìn)行更換，拉伸實(shí)驗(yàn)也只是對(duì)與試件粘結(jié)在一起的試件夾持裝置31進(jìn)行更換。
【權(quán)利要求】
1.一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置，水平臺(tái)(I)上設(shè)置有固定導(dǎo)軌(2)，炮管支架(11)和壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置(12)，炮管支架(11)支撐壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置(12)的炮管，固定導(dǎo)軌(2)上設(shè)置有配套滑塊(4)，配套滑塊(4)上從左到右分別安裝有動(dòng)能吸收器(3)和微調(diào)支撐裝置(5)，微調(diào)支撐裝置從左到右支撐波吸收桿(6)、雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8)和單端面螺紋孔孔桿(10)，拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置(9)設(shè)置在固定導(dǎo)軌(2)上，雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8)穿過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置(9)，其特征在于:法蘭盤波轉(zhuǎn)換器(7)為圓柱凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)上加工螺紋，螺紋與雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8)的內(nèi)螺紋配合，法蘭盤波轉(zhuǎn)換器(7)通過(guò)螺紋連接在雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8)靠近波吸收桿(6)的一端，試件夾持裝置(31)與法蘭盤波轉(zhuǎn)換器(7)結(jié)構(gòu)相同，通過(guò)螺紋分別連接在雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8)靠近單端面螺紋孔孔桿(10)的一端和單端面螺紋孔孔桿(10)靠近雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8)的一端；拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置(9)的拉伸實(shí)驗(yàn)炮管(13)內(nèi)設(shè)置有帶中心孔的活塞(30)和管狀子彈(29)，雙端面螺紋孔實(shí)驗(yàn)桿(8 )分別穿過(guò)帶中心孔的活塞(30 )和管狀子彈(29 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置(9)的實(shí)驗(yàn)炮管(13)設(shè)置在固定導(dǎo)軌(2)上，拉伸實(shí)驗(yàn)氣缸(17)設(shè)置在拉伸實(shí)驗(yàn)炮管(13)的上方，拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口( 14)通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口電磁閥(15)連接拉伸實(shí)驗(yàn)氣缸(17)，拉伸實(shí)驗(yàn)氣缸(17)上端設(shè)置拉伸實(shí)驗(yàn)壓力傳感器(16)，另一端依次通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)出氣口電磁閥(18)、拉伸實(shí)驗(yàn)手動(dòng)閥(19)和直角導(dǎo)氣管(20)與拉伸實(shí)驗(yàn)炮管相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種霍普金森拉壓一體實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的壓縮實(shí)驗(yàn)氣缸(24)固定在水平臺(tái)(I)上，壓縮實(shí)驗(yàn)氣缸(24)通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)出氣口電磁閥(26)和壓縮實(shí)驗(yàn)出氣口手動(dòng)閥(22)與拉伸實(shí)驗(yàn)炮管(21)相連，另一端依次通過(guò)螺紋連接有端蓋(27 )，壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口電磁閥(25 )和壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣口( 28 )。
【文檔編號(hào)】G01N3/307GK103558100SQ201310530591
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】趙超, 鄭健, 鞠玉濤, 陳雄, 周長(zhǎng)省, 許進(jìn)升, 汪文強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)