專利名稱：一種沖擊拉伸試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是測試材料動態(tài)拉伸力學性能的試驗裝置。
背景技術：
爆炸、高速撞擊、金屬切削等是工程中較為常見的沖擊載荷，這類載荷的特點是作用時間很短(一般為微秒或納秒級)，沖擊強度高(足以引起材料的破壞)。材料在動態(tài)載荷作用下所表現(xiàn)出的力學性能與在靜態(tài)或準靜態(tài)時的力學性能將有很大的不同。所以研究材料在沖擊載荷下的力學性能具有十分重要的工程意義和學術價值。為了模擬各種速率的沖擊加載過程，試驗裝置設計就成其關鍵問題之一。有關材料的動態(tài)拉伸性能問題正在成為人們討論、研究的熱點，而該種試驗裝置還處在不成熟階段，暫時還沒有形成一個統(tǒng)一的標準。 目前的高應變率沖擊拉伸裝置大都按照分離式霍普金森拉桿(SplitHopkinsonTensile Bar，簡稱SHTB裝置)原理來進行研制，這種裝置的共同點是由拉伸桿系、使撞塊加速的動力發(fā)生器和信號記錄儀系統(tǒng)組成。其設計的關鍵在于動力發(fā)生器的設計，這也是各個裝置最大的區(qū)別之處。現(xiàn)今，已有的裝置有“ARALL材料拉伸力學性能的試驗研究(爆炸與沖擊，1998年4月)”中介紹的間接桿桿型旋轉圓盤沖擊拉伸試驗裝置和“高速沖擊拉伸試驗裝置的研制(機械科學與技術，2005年7月)”中介紹的氣動式間接桿桿型沖擊拉伸試驗裝置，它們的主要區(qū)別在于動力發(fā)生器的設計不同。即驅動撞塊的方法不同。旋轉圓盤沖擊拉伸試驗裝置主要采用機械式，利用異步電動機，通過變速箱來帶動旋轉盤轉動，當旋轉盤到達一定的速度后，通過控制器來釋放擺錘，打擊撞塊從而完成沖擊拉伸實驗，此裝置的缺點是比較復雜，而且價格也比較昂貴，不利于推廣。而氣槍式?jīng)_擊拉伸試驗裝置主要采用氣動式驅動，采用高壓氣體作為動力源，通過高、低壓氣體的進氣、排氣來推動氣室內(nèi)部活塞的往復運動，從而實現(xiàn)高壓氣體的快速釋放功能來推動撞塊。此裝置的缺點是對氣室和氣路的密封要求比較嚴格，所以在制造上比較困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供達到測試材料在高應變率下的動態(tài)拉伸力學性能的一種沖擊拉伸試驗裝置。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型明一種沖擊拉伸試驗裝置，其特征是包括支撐底座、混凝土底座、透射桿、入射桿、應變片、應變儀、動態(tài)信號存儲儀、動力發(fā)生器、環(huán)形撞塊、信號觸發(fā)裝置、時間間隔儀、脈沖發(fā)生裝置、吸收裝置，透射桿、入射桿、動力發(fā)生器均安裝在支撐底座上，被測的試件安裝在透射桿和入射桿之間，透射桿和入射桿上分別粘貼應變片，應變片通過導線連接應變儀，入射桿依次穿過動力發(fā)生器、信號觸發(fā)裝置、時間間隔儀后連接脈沖發(fā)生裝置，脈沖發(fā)生裝置安裝在吸收裝置里，吸收裝置安裝在混凝土底座上，信號觸發(fā)裝置連接動態(tài)信號存儲儀，應變儀和動態(tài)信號存儲儀相連，環(huán)形撞塊安裝在動力發(fā)生器里。本實用新型還可以包括I、所述的動力發(fā)生器包括氣槍、高壓氣瓶、氣體轉換器、內(nèi)套管、外套管，氣槍包括左氣槍、右氣槍，氣體轉換器安裝在支撐底座上，左氣槍、右氣槍分別安裝在氣體轉換器的兩側，內(nèi)套管安裝在外套管里、兩者組成的結構安裝在氣體轉換器里并與氣體轉換器密封，內(nèi)套管和外套管組成安裝環(huán)形撞塊的滑道，內(nèi)套管、外套管、氣體轉換器構成連通空腔，高壓氣瓶通過管連通左氣槍和右氣槍。2、還包括氣壓控制臺，高壓氣瓶連接氣壓控制臺，氣壓控制臺分別連接左氣槍和右氣槍，左氣槍、右氣槍對稱安裝在氣體轉換器兩側，內(nèi)套管與外套管同軸。3、所述的脈沖發(fā)生裝置包括連接套、金屬短桿、連接桿、擋塊，金屬短桿通過連接桿連接擋塊，金屬短桿還通過連接套連接入射桿，環(huán)形撞塊可在連接套、金屬短桿、連接桿上滑動并撞擊擋塊?！け緦嵱眯滦偷膬?yōu)勢在于I、沖擊拉伸裝置的動力發(fā)生器采用了雙氣室并聯(lián)結構，出氣量大，可以完成高強度材料的沖擊拉伸實驗，整個實驗裝置的連接方便，采用密封圈即可完成高壓氣槍與轉換器之間的氣密性問題。相對于其他氣動式?jīng)_擊發(fā)生器，結構密封要求低很多，且連接方便。同時本實用新型的結構簡單、安裝方便，采用了目前已經(jīng)技術成熟的氣槍裝置儲存和釋放高壓氣體，整個實驗裝置的造價相對于國內(nèi)的其它沖擊拉伸試驗裝置低很多。價格優(yōu)勢明顯。2、本實用新型可以方便的改變環(huán)形撞塊的長度、金屬短桿的外形尺寸以及氣壓來調整入射波脈沖的幅值和寬度。也可以方便的改變脈沖發(fā)生器的結構完成直接桿桿型沖擊拉伸實驗。3、本實用新型安裝了信號觸發(fā)裝置，當撞塊通過時即可觸發(fā)動態(tài)信號存儲儀記錄實驗數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)記錄的成功率較高。

圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2動力發(fā)生器結構示意圖；圖3脈沖發(fā)生裝置示意圖；圖4試樣連接示意圖；圖5本裝置測試得到的入射波、反射波和透射波的波形曲線(LY12鋁合金)；圖6本裝置測試得到的應變率時間曲線(LY12鋁合金)；圖7本裝置測試得到的應力應變曲線(LY12鋁合金)；圖8本裝置測試得到的入射波、反射波和透射波的波形曲線(鎳鈦合金);圖9本裝置測試得到的應變率時間曲線(鎳鈦合金)；圖10本裝置測試得到的應力應變曲線(鎳鈦合金)。
具體實施方式
以下結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述[0027]結合圖I 10，本實用新型是由支撐底座11、透射桿I、試件2、入射桿3、動力發(fā)生器4、環(huán)形撞塊5、信號觸發(fā)裝置7、時間間隔儀8、吸收裝置10、應變片12、應變片13、超動態(tài)應變儀14、動態(tài)信號存儲儀15、混凝土底座6、脈沖發(fā)生裝置9組成。其特征在于透射桿I位于底座11上的左側，透射桿I的右端與試件2的左端連接，應變片12粘貼于透射桿I的中部，通過導線與超動態(tài)應變儀14連接，試件2右端與入射桿3左端連接，入射桿3位于底座11右側，且穿過動力發(fā)生器4中部，其右端與脈沖發(fā)生裝置9相連接，應變片13粘貼于入射桿3的中部，通過導線與超動態(tài)應變儀14連接，動力發(fā)生器4位于底座11上的右偵牝環(huán)形撞塊5位于動力發(fā)生器4內(nèi)部的環(huán)形滑道上，信號觸發(fā)裝置7位于動力發(fā)生器4的右側與動態(tài)信號存儲儀15通過導線連接，時間間隔儀8位于信號發(fā)生裝置7和脈沖發(fā)生裝置9之間，脈沖發(fā)生裝置9與入射桿3的右端連接，并位于吸收裝置10的內(nèi)部，吸收裝置10安裝在底座6上。動力發(fā)生器4是由左氣槍4-1、右氣槍4-2、內(nèi)套管4_6、外套管4_5、氣體轉換器4-4、高壓氣瓶4-9、氣壓控制臺4-7、耐壓管4-8、耐壓管4_10、耐壓管4_11組成，所述的氣體轉換器4-4放置在支撐底座11上，左氣槍4-1、右氣槍4-2對稱的安裝在氣體轉換器4-4 的左右兩側，內(nèi)套管4-6穿過并安裝與氣體轉換器4-4上部，位于氣體轉換器4-4的中心，并與氣體轉換器4-4的密封連接，入射桿3穿過內(nèi)套管4-6的中心，外套管4-5安裝于氣體轉換器4-4的下部中心，且與氣體轉換器4-4的下部密封連接，外套管4-5與內(nèi)套管4-6同中心，并在內(nèi)套管4-6的外部，環(huán)形撞塊5位于外套管4-5和內(nèi)套管4-6之間所組成的環(huán)形滑道內(nèi)，并與外套管4-5和內(nèi)套管4-6滑動配合。利用連通器原理，左氣槍4-1的耐壓管4-8和右氣槍4-2的耐壓管4-10相互連通并接于氣壓控制臺4-7上，高壓氣源4-9通過耐壓管4-11給氣壓控制臺4-7提供高壓氣體，這樣可通過氣壓控制臺4-7同時控制左氣槍4-1和右氣槍4-2的充氣和放氣，左氣槍4-1和右氣槍4-2釋放的高壓氣體通過氣體轉換器4-4內(nèi)部的連通空腔4-3混合，由于連通空腔4-3是由氣體轉換器4-4和外套管4-5、內(nèi)套管4_6以及環(huán)形撞塊5組成的密閉空間，所以連通空腔4-3內(nèi)部的高壓氣體只能沿著外套管4-5和內(nèi)套管4-6所組成的環(huán)路釋放，從而推動環(huán)形撞塊5沿著外套管4-5和內(nèi)套管4-6所組成的環(huán)形滑道高速前進，直到環(huán)形撞塊5射出動力發(fā)生器4。環(huán)形撞塊5高速射出動力發(fā)生器4后，當環(huán)形撞塊5經(jīng)過信號觸發(fā)裝置7時，會引起信號觸發(fā)裝置7內(nèi)部的電場發(fā)生變化，該電場的變化通過導線傳到動態(tài)信號儲存儀15中，并觸發(fā)動態(tài)信號儲存儀15開始記錄超動態(tài)電阻應變儀所測量到的應變片12和應變片13的信號。由于采用物理信號觸發(fā)，不會出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象，可以保證每次測試均可測量到?jīng)_擊拉伸實驗中的入射波、反射波和透射波數(shù)據(jù)。環(huán)形撞塊5通過信號觸發(fā)裝置7后即快速通過時間間隔儀8，時間間隔儀8可以記錄下環(huán)形撞塊5所通過其設定距離的時間，從而可以計算出撞塊的飛行速度。環(huán)形撞塊5高速飛出動力發(fā)生器4后，撞擊到擋塊9-4上，擋塊9-4通過螺母9_5固定在連接桿9-3上，連接桿9-3通過螺紋連接金屬短桿9-2的左端，金屬短桿9-2的右端通過連接套9-1連接到入射桿3的左端。當環(huán)形撞塊5撞擊擋塊9-4時，就會通過連接短桿9-3快速拉伸金屬短桿9-2，由于金屬短桿9-2受到?jīng)_擊載荷作用發(fā)生變形，從而產(chǎn)生拉伸脈沖，該脈沖通過連接套9-1作用在入射桿3上，從而使入射桿3中產(chǎn)生拉伸應力脈沖。本裝置可以通過改變撞塊5的長度、釋放氣壓的壓力以及金屬短桿9-2的材質、直徑和長度來方便的調整沖擊拉應力脈沖的寬度和幅值，從而可以方便的進行各種材料的沖擊拉伸性能測試。本實用新型包括支撐底座11，透射桿1，試件2，入射桿3，動力發(fā)生器4，環(huán)形撞塊5，信號觸發(fā)裝置7，時間間隔儀8，脈沖發(fā)生裝置9，吸收裝置10，應變片12，應變片13，超動態(tài)應變儀14，動態(tài)信號存儲儀15，混凝土底座6。支撐底座11起到固定和支撐各個組件的作用，氣壓控制臺4-7可以控制高壓氣源4-9同時給左氣槍4-1和右氣槍4-2進行充氣和放氣，左氣槍4-1和右氣槍4-2釋放的高壓氣體通過氣體轉換器4-4內(nèi)部的連通空腔4-3混合后，推動環(huán)形撞塊5沿著外套管4-5和內(nèi)套管4-6所組成的圓環(huán)形滑道加速前進，當環(huán)形撞塊5射出動力發(fā)生器4時速度達到最大，當撞塊5經(jīng)過信號觸發(fā)裝置7時，信號觸發(fā)裝置7便通過導線給動態(tài)信號存儲儀15發(fā)送信號開始記錄超動態(tài)應變儀的數(shù)據(jù)，當環(huán)形撞塊5通過時間間隔儀8時，時間間隔儀8顯示環(huán)形撞塊5通過其所設定距離的時間，環(huán)形撞塊5繼續(xù)前進會撞擊到擋塊9-4上，當環(huán)形撞塊5撞擊擋塊9-4時，就會通過連接短桿9-3快速拉伸金屬短桿9-2，拉斷后的金屬短桿9-2、環(huán)形撞塊5、擋塊9-4、連接桿9_3和螺母9_5會 飛入到吸收裝置10中，它們撞擊吸收裝置10的能量最后被混凝土底座6吸收。由于金屬短桿9-2受到?jīng)_擊載荷作用，會產(chǎn)生拉伸脈沖，該脈沖通過連接套9-1作用在入射桿3上，從而使入射桿3中產(chǎn)生拉伸應力脈沖。拉伸應力波脈沖沿著入射桿3向左傳播，經(jīng)過應變片13時，應變片13會記錄入射波脈沖波形并通過導線傳給超動態(tài)應變儀14，超動態(tài)應變儀14將數(shù)據(jù)放大后通過導線傳遞給動態(tài)信號存儲儀15記錄入射波數(shù)據(jù)。入射桿3中的入射波繼續(xù)傳播會作用到試件2上，一部分入射波將作用在試件上并傳播到透射桿中形成透射波，一部分入射波將在界面反射后在入射桿3中形成反射波。透射波在透射桿I中傳播，經(jīng)過應變片12時，應變片12會記錄透射波波形并通過導線傳入超動態(tài)應變儀14中，超動態(tài)應變儀14放大信號后傳給動態(tài)信號存儲儀15記錄透射波數(shù)據(jù)。反射波向入射桿I的右端傳播，經(jīng)過應變片13時，將被應變片13記錄并通過導線傳遞給超動態(tài)應變儀14，超動態(tài)應變儀14放大信號后傳遞給動態(tài)信號存儲儀15記錄數(shù)據(jù)。通過分析動態(tài)信號存儲儀中記錄的入射波數(shù)據(jù)、反射波數(shù)據(jù)和透射波數(shù)據(jù)即可以得到試件在高應變率下的力學參數(shù)。下面通過測試實例來驗證本裝置的使用效果并加以說明。利用沖擊拉伸試驗裝置測試LY12招合金的動態(tài)拉伸性能。試驗時氣槍內(nèi)的壓強為O. 6Mpa,撞塊5的飛行速度為14. 71m/s。圖5是通過試驗得到的動態(tài)信號存儲儀15記錄的入射波、反射波和透射波的波形曲線，圖6是通過反射波計算得到的時間-應變率曲線，圖7是動態(tài)應力-應變曲線。由測試結果可知該沖擊載荷下試件的應變率為ΠΟΟ Γ1，屈服極限約為450Mpa。利用沖擊拉伸試驗裝置測試鎳鈦記憶合金的動態(tài)拉伸性能。實驗時氣槍內(nèi)的壓強為O. 5Mpa，撞塊5的飛行速度為13. 74m/s。圖8是通過試驗得到的動態(tài)信號存儲儀15記錄的入射波、反射波和透射波的波形曲線，圖9是利用反射波計算得到的時間-應變率曲線，圖10是是動態(tài)應力-應變曲線。由測試結果可知該沖擊載荷下鎳鈦記憶合金的應變率為1700s-1,強度極限約為900Mpa，具有很明顯的塑性階段。
權利要求1.一種沖擊拉伸試驗裝置，其特征是包括支撐底座、混凝土底座、透射桿、入射桿、應變片、應變儀、動態(tài)信號存儲儀、動力發(fā)生器、環(huán)形撞塊、信號觸發(fā)裝置、時間間隔儀、脈沖發(fā)生裝置、吸收裝置，透射桿、入射桿、動力發(fā)生器均安裝在支撐底座上，被測的試件安裝在透射桿和入射桿之間，透射桿和入射桿上分別粘貼應變片，應變片通過導線連接應變儀，入射桿依次穿過動力發(fā)生器、信號觸發(fā)裝置、時間間隔儀后連接脈沖發(fā)生裝置，脈沖發(fā)生裝置安裝在吸收裝置里，吸收裝置安裝在混凝土底座上，信號觸發(fā)裝置連接動態(tài)信號存儲儀，應變儀和動態(tài)信號存儲儀相連，環(huán)形撞塊安裝在動力發(fā)生器里。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種沖擊拉伸試驗裝置，其特征是所述的動力發(fā)生器包括氣槍、高壓氣瓶、氣體轉換器、內(nèi)套管、外套管，氣槍包括左氣槍、右氣槍，氣體轉換器安裝在支撐底座上，左氣槍、右氣槍分別安裝在氣體轉換器的兩側，內(nèi)套管安裝在外套管里、兩者組成的結構安裝在氣體轉換器里并與氣體轉換器密封，內(nèi)套管和外套管組成安裝環(huán)形撞塊的滑道，內(nèi)套管、外套管、氣體轉換器構成連通空腔，高壓氣瓶通過管連通左氣槍和右氣槍。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種沖擊拉伸試驗裝置，其特征是還包括氣壓控制臺，高壓氣瓶連接氣壓控制臺，氣壓控制臺分別連接左氣槍和右氣槍，左氣槍、右氣槍對稱安裝在氣體轉換器兩側，內(nèi)套管與外套管同軸。
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的一種沖擊拉伸試驗裝置，其特征是所述的脈沖發(fā)生裝置包括連接套、金屬短桿、連接桿、擋塊，金屬短桿通過連接桿連接擋塊，金屬短桿還通過連接套連接入射桿，環(huán)形撞塊可在連接套、金屬短桿、連接桿上滑動并撞擊擋塊。
專利摘要本實用新型的目的在于提供一種沖擊拉伸試驗裝置，包括支撐底座、混凝土底座、透射桿、入射桿、應變片、應變儀、動態(tài)信號存儲儀、動力發(fā)生器、環(huán)形撞塊、信號觸發(fā)裝置、時間間隔儀、脈沖發(fā)生裝置、吸收裝置，透射桿、入射桿、動力發(fā)生器均安裝在支撐底座上，被測的試件安裝在透射桿和入射桿之間，透射桿和入射桿上分別粘貼應變片，應變片通過導線連接應變儀，入射桿依次穿過動力發(fā)生器、信號觸發(fā)裝置、時間間隔儀后連接脈沖發(fā)生裝置，脈沖發(fā)生裝置安裝在吸收裝置里，吸收裝置安裝在混凝土底座上，信號觸發(fā)裝置連接動態(tài)信號存儲儀，應變儀和動態(tài)信號存儲儀相連，環(huán)形撞塊安裝在動力發(fā)生器里。本實用新型的結構簡單、安裝方便，價格優(yōu)勢明顯。
文檔編號G01N3/307GK202720167SQ20122021697
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2012年5月15日
發(fā)明者鄒廣平, 唱忠良, 李雨蕾, 孫杭其 申請人:哈爾濱工程大學