專利名稱：新型分離式霍普金森拉桿裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種新型分離式霍普金森拉桿裝置。
背景技術(shù)：
:分離式霍普金森桿是一種研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的有效實(shí)驗(yàn)裝置。自從1949年Kolsky發(fā)明分離式霍普金森壓桿裝置并用其研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能以來，動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷提高。其應(yīng)用領(lǐng)域從最初研究金屬材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能到現(xiàn)在可研究巖石、混凝土、陶瓷、高聚物、含能材料、泡沫材料等多種材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。對(duì)某些材料而言，其動(dòng)態(tài)拉伸性能比其動(dòng)態(tài)壓縮性能更加重要。但是，由于動(dòng)態(tài)拉伸設(shè)備的高度復(fù)雜性，至今還沒有一種比較理想的研究材料動(dòng)態(tài)拉伸性能的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。分離式霍普金森拉桿還是目前做材料動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能研究的主要設(shè)備之一。20世紀(jì)60年代以來，隨著研究材料動(dòng)態(tài)拉伸性能的需求的不斷增加，很多學(xué)者設(shè)計(jì)了不同的拉伸實(shí)驗(yàn)裝置。Hauser (1966)，Saka, Harding (1990)研制了桿桿型直接式霍普金森拉桿裝置，它利用拉桿外面的套管子彈撞擊法蘭盤所產(chǎn)生的壓縮波，通過法蘭盤轉(zhuǎn)換為入射桿中的拉伸波，直接對(duì)試件進(jìn)行沖擊拉伸。Nicholas提出反射式霍普金森拉桿裝置，利用壓縮波到達(dá)自由端時(shí)反射產(chǎn)生拉伸波。以前者應(yīng)用為多。但是，它還有許多不足之處影響其進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。存在的不足之處主要有:1.桿徑?jīng)]有足夠大，據(jù)目前所能查閱的資料，其最大桿徑只有75mm，不能滿足對(duì)混凝土類材料及其它一些內(nèi)部不甚均勻材料的實(shí)驗(yàn)要求。2.隨著桿徑的增大，桿的幾何彌散效應(yīng)日趨明顯，影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。3.現(xiàn)有裝置入射桿撞擊端的法蘭盤有兩種加工方式:第一種是用一根大直徑的棒料，將其它部分車削至入射桿尺寸，僅留下長度與法蘭盤厚度相等的一小段，將其加工成法蘭盤。這種方式加大了材料和加工成本，而且在桿與法蘭盤界面上存在應(yīng)力集中問題。第
二種是將桿與法蘭盤分別加工，然后通過螺紋或膠粘方式將其連接。這種方式一方面存在螺紋和膠的抗沖擊強(qiáng)度問題，另一方面是無法消除螺紋間隙，而這種間隙嚴(yán)重影響所產(chǎn)生的拉伸脈沖的質(zhì)量
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新型分離式霍普金森拉桿裝置。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種新型分離式霍普金森拉桿裝置，包括入射桿，其特征在于:所述入射桿設(shè)置有兩端開口的中空腔體，所述入射桿一端口安裝有封蓋，另一端口為內(nèi)徑逐漸縮小的錐形口，所述入射桿的中空腔體內(nèi)設(shè)置有填充塞、撞擊塞和撞擊桿，所述填充塞設(shè)置在近封蓋端，所述撞擊塞安裝在入射桿的錐形口內(nèi)，所述撞擊桿設(shè)置在填充塞與撞擊塞之間，所述填充塞與撞擊桿之間的入射桿內(nèi)壁上設(shè)置有止推限位機(jī)構(gòu)，所述止推限位機(jī)構(gòu)與填充塞之間的入射桿上設(shè)置有連通高壓氣室和中空腔體的進(jìn)氣槽，所述撞擊桿與撞擊塞之間的入射桿上設(shè)置有泄氣槽。所述撞擊塞為圓臺(tái)狀，與入射桿的錐形口過盈配合，用于承受撞擊桿的撞擊，并將此撞擊力轉(zhuǎn)換為入射桿中的拉伸應(yīng)力脈沖。所述撞擊桿為可在入射桿的中空腔體內(nèi)移動(dòng)的實(shí)心圓柱體，長度可變，在高壓氣體作用下向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行前方是撞擊塞，后方受止推限位機(jī)構(gòu)限制定位，使之被人工退回時(shí)不會(huì)越位。所述填充塞為輕質(zhì)材料制成的實(shí)心圓柱體，作填充入射桿的中空腔體用，保證由高壓氣室進(jìn)入入射桿內(nèi)部的高壓氣體向撞擊塞一端運(yùn)動(dòng)而更有更有效驅(qū)動(dòng)撞擊桿(子彈)。所述入射桿右端設(shè)置有吸收桿，左端設(shè)置有透射桿。所述透射桿為一端設(shè)置有封頭的中空結(jié)構(gòu)，透射桿有封頭的一端與試件相連，試件又與入射桿相連；入射桿中的入射拉伸脈沖遇試件時(shí)一部分反射回入射桿，一部分經(jīng)試件透射到透射桿中形成透射脈沖。本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述封蓋處設(shè)置定位銷，通過所述定位銷將封蓋與入射桿的端部緊密連接。所述入射桿在其本體上制有貫穿孔，所述封蓋為一短圓柱，在其圓柱面上開有錐形盲孔。所述定位銷穿過入射桿上的貫穿孔后打入所述封蓋使后者與入射桿緊密連接。所述定位銷外形酷似普通步槍子彈，由后端面向前開有螺紋盲孔。在所述撞擊塞和撞擊桿需要更換時(shí)，只須在所述螺紋盲孔中擰進(jìn)一螺栓，用一簡易裝置向外拉動(dòng)該螺栓即可拔出定位銷，將所述封蓋和入射桿分離后即可進(jìn)行上述更換。本發(fā)明提供的新型分離式霍普金森拉桿裝置，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有分離式霍普金森拉桿的缺陷，能夠滿足對(duì)混凝土類材料及其它一些內(nèi)部不甚均勻材料的實(shí)驗(yàn)要求；該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，入射桿產(chǎn)生的拉伸脈沖的質(zhì)量高，進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。


:圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的局部放大圖。其中，1.吸收桿；2.撞擊塞；3.撞擊桿；4.入射桿；5.止推限位機(jī)構(gòu)；6.聞壓氣室；7.填充塞；8.封頭；9.透射桿；10.封蓋；11.定位銷；12.螺紋盲孔；41.泄氣槽；42.進(jìn)氣槽；43.中空腔體。
具體實(shí)施方式
:為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但不是用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，一種新型分離式霍普金森拉桿裝置，包括入射桿4，入射桿4設(shè)置有兩端開口的中空腔體43，入射桿4 一端口安裝有封蓋10，另一端口為內(nèi)徑逐漸縮小的錐形口，入射桿4的中空腔體43內(nèi)設(shè)置有填充塞7、撞擊塞2和撞擊桿3。填充塞7設(shè)置在近封蓋10端,撞擊塞2安裝在入射桿4的錐形口內(nèi)，撞擊桿3設(shè)置在填充塞7與撞擊塞2之間,填充塞7與撞擊桿3之間的入射桿4內(nèi)壁上設(shè)置有止推限位機(jī)構(gòu)5,止推限位機(jī)構(gòu)5與填充塞7之間的入射桿4上設(shè)置有連通高壓氣室6和中空腔體43的進(jìn)氣槽42，撞擊桿3與撞擊塞2之間的入射桿4上設(shè)置有泄氣槽41。入射桿4右端設(shè)置有吸收桿1，左端設(shè)置有透射桿9，透射桿9為一端設(shè)置有封頭8的中空結(jié)構(gòu),透射桿9有封頭8的一端與試件相連,試件又與入射桿4相連；入射桿4中的入射拉伸脈沖遇試件時(shí)一部分反射回入射桿4，一部分經(jīng)試件透射到透射桿9中形成透射脈沖。入射桿4 一端為內(nèi)壁逐漸縮小的錐形口，從另一端進(jìn)入入射桿4中的撞擊塞2壓合在錐形口內(nèi)，止推限位機(jī)構(gòu)5包括止推定位銷孔和止推定位銷,一定長度的撞擊桿3 (子彈)安裝在入射桿4的中空腔體43內(nèi)，處于止推定位銷孔與撞擊塞2之間的一個(gè)適當(dāng)位置，插入止推定位銷，安裝環(huán)形高壓氣室，插入填充塞7,安裝入射桿4的封蓋10 ;將入射桿4、試件、透射桿9軸向相連，試驗(yàn)時(shí)高壓氣體迅速進(jìn)入高壓氣室6，進(jìn)而進(jìn)入入射桿4的中空腔體43內(nèi)，驅(qū)動(dòng)入射桿4中的撞擊桿3 (子彈)向前運(yùn)動(dòng),撞擊桿3 (子彈)運(yùn)行前方的空氣經(jīng)泄氣槽41外泄,于是撞擊桿3 (子彈)便能以一定速度撞擊撞擊塞2,從而在入射桿4中形成一個(gè)由撞擊端向試件端傳播的入射脈沖，該脈沖遇試件后一部分透射到透射桿9中，另一部分反射回入射桿4中。記錄這些脈沖信號(hào)并按有關(guān)方式進(jìn)行處理便可獲得試件材料在一定變形速率單向動(dòng)態(tài)拉伸條件下的力學(xué)響應(yīng)。如圖1、2所示，封蓋10處設(shè)置定位銷11，通過定位銷11將封蓋10與入射桿4的端部緊密連接。入射桿4在其本體上制有貫穿孔，封蓋10為一短圓柱，在其圓柱面上開有錐形盲孔。定位銷11穿過入射桿4上的貫穿孔后打入封蓋10使后者與入射桿4緊密連接。定位銷11外形酷似普通步槍子彈，由后端面向前開有螺紋盲孔12。在撞擊塞2和撞擊桿3需要更換時(shí)，只須在螺紋盲孔12中擰進(jìn)一螺栓，用一簡易裝置向外拉動(dòng)該螺栓即可拔出定位銷11，將封蓋10和入射桿4分離后即可進(jìn)行上述更換。本發(fā)明較好地彌補(bǔ)了上文所述的現(xiàn)有分離式霍普金森拉桿的不足之處。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種新型分離式霍普金森拉桿裝置，包括入射桿，其特征在于:所述入射桿設(shè)置有兩端開口的中空腔體，所述入射桿一端口安裝有封蓋，另一端口為內(nèi)徑逐漸縮小的錐形口，所述入射桿的中空腔體內(nèi)設(shè)置有填充塞、撞擊塞和撞擊桿，所述填充塞設(shè)置在近封蓋端，所述撞擊塞安裝在入射桿的錐形口內(nèi)，所述撞擊桿設(shè)置在填充塞與撞擊塞之間，所述填充塞與撞擊桿之間的入射桿內(nèi)壁上設(shè)置有止推限位機(jī)構(gòu)，所述止推限位機(jī)構(gòu)與填充塞之間的入射桿上設(shè)置有連通高壓氣室和中空腔體的進(jìn)氣槽，所述撞擊桿與撞擊塞之間的入射桿上設(shè)置有泄氣槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型分離式霍普金森拉桿裝置，其特征在于:所述撞擊塞為圓臺(tái)狀，與入射桿的錐形口過盈配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型分離式霍普金森拉桿裝置，其特征在于:所述撞擊桿為可在入射桿的中空腔體內(nèi)移動(dòng)的實(shí)心圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型分離式霍普金森拉桿裝置，其特征在于:所述填充塞為輕質(zhì)材料制成的實(shí)心圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的新型分離式霍普金森拉桿裝置，其特征在于:所述入射桿右端設(shè)置有吸收桿，左端設(shè)置有透射桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型分離式霍普金森拉桿裝置，其特征在于:所述透射桿為一端設(shè)置有封頭的中空結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型分離式霍普金森拉桿裝置，其特征在于:所述封蓋處設(shè)置定位銷，通過所述定位銷將封蓋與入射桿的端部緊密連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型分離式霍普金森拉桿裝置，以解決現(xiàn)有分離式霍普金森拉桿存在的問題，涉及材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，主要包括吸收桿、空心入射桿、高壓氣室、撞擊塞、撞擊桿、空心透射桿、填充塞等。撞擊桿(子彈)在高壓氣室高壓氣體驅(qū)動(dòng)下沿入射桿內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)，以一定速度撞擊撞擊塞，在入射桿中形成一個(gè)拉伸脈沖。本發(fā)明提供的新型分離式霍普金森拉桿裝置，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有分離式霍普金森拉桿的缺陷，能夠滿足對(duì)混凝土類材料及其它一些內(nèi)部不甚均勻材料的實(shí)驗(yàn)研究要求；該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，入射桿產(chǎn)生的拉伸脈沖的質(zhì)量高，進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。
文檔編號(hào)G01N3/02GK103091159SQ20131004430
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者姜錫權(quán), 徐可立, 方文敏, 房凌暉, 肖桂鳳, 張開閂, 鄭翔玉, 張威 申請(qǐng)人:中國人民解放軍陸軍軍官學(xué)院