CN101487779B - 小直径气动分离式动态压缩实验装置 - Google Patents

Abstract

小直径气动分离式动态压缩实验装置，属材料性能测试技术领域。其目的是提供一种稳定可靠、运行效率高的小直径气动分离式动态压缩实验装置。其技术要点：气缸的缸体内由中间透盖分隔为左、右两个发射气腔室；中间透盖的切面呈侧倒的“T”型，其分隔的端面为与腔室直径相匹配的圆盘状，其上开设有由球阀控制的透孔，中间设有气管；左端盖内的圆孔与中间透盖的气管端之间安装空心阀杆，阀杆的一端与中间透盖的气管端相邻；另一端内安装有塞块，并置于固定在左端盖上的后端盖内开设的控制气腔室内；阀杆一侧的发射气腔室开设有气体注入孔；中间透盖的气管另一端置于右端盖内开设的圆孔内，并与固定在右端盖上的法兰上的气管相通；弹管通过螺纹连接在法兰的气管内。

Description

小直径气动分离式动态压缩实验装置

技术领域

本发明涉及材料的动态性能测试装置，具体地说涉及一种小直径气动分离式动态压缩实验装置，属材料性能测试技术领域。

背景技术

材料的动态性能，包括压缩和拉伸两种力学性能，分离式霍布金森杆实验系统被认为是最常用最有效的研究动态载荷下的材料力学性能的实验设备。目前，其应用领域从最初的金属测试，已发展到岩石、陶瓷、混凝土、高聚物、复合材料等多种材料的动态性能测试。

人们对材料应变率效应进行研究时，发现许多金属材料存在着临界应变率，即应变率大于临界值时，许多金属材料的流动应力随着应变率增加而增加的程度远大于应变率小于临界值时的情况，而临界值一般是处于应变率10⁴S^-1，因此，应变率达至10⁴S^-1的分离式霍布金森杆实验系统引起了人们的关注。目前，利用霍布金森杆获得材料应变率达到10⁴S^-1的实验方法有两种：一是使用气炮作为动力源的分离式霍布金森杆实验系统，二是使用直接撞击霍布金森杆(DIHPB)实验系统。采用上述方法显然不经济，而且也不易操作。因此，需要发明一种适合于小直径气动分离式动态压缩实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、稳定可靠、运行效率高和实验成本低的小直径气动分离式动态压缩实验装置。

其技术方案是：一种小直径气动分离式动态压缩实验装置，包括由左、右端盖和缸体构成的气缸、输入杆、输出杆、发射控制系统、压杆托架、吸收器、子弹测速器和数据记录处理系统部分；高压气瓶通过发射控制系统与固定在托架上的气缸的控制气腔室和气体注入孔连接，气缸的一端连接弹管，与弹管相对应的一侧托架上依次连接有子弹测速器、输入杆、实验试件、输出杆、吸收杆和吸收器，输入杆和输出杆上分别安装输入杆应变片和输出杆应变片，其特征在于：气缸(8)的缸体内由中间透盖(86)分隔为左、右两个发射气腔室(813、814)；中间透盖的切面呈侧倒的“T”型，其分隔的端面为与腔室直径相匹配的圆盘状(861)，中间透盖分隔的端面上开设有由球阀控制的透孔，中间设有气管；左端盖内开设的圆孔与端面呈圆盘状的中间透盖的气管端之间安装有空心阀杆，阀杆的一端为楔形，与中间透盖的气管端相邻；另一端内安装有塞块， 并置于固定在左端盖上的后端盖内开设的控制气腔室内；位于阀杆一侧的发射气腔室开设有气体注入孔；中间透盖的气管另一端置于右端盖内开设的圆孔内，并与固定在右端盖上的法兰上的气管抵接；弹管通过螺纹连接在法兰的气管内。

上述的空心阀杆为由两截不同直径的空心杆构成变截面的结构。

与现有技术相比，本发明的技术方案的有益效果是：本发明采用两路常用的安全高压气体充入气缸，由于在发射缸内设有控制气腔室和发射气腔室，两气室分别通过控制系统与高压气瓶相连，来实现对子弹的发射，并将发射气腔室设为左右两个气腔室，故可以根据发射子弹的速度要求，注入不同体积的发射气体，当对子弹发射速度要求较高时，则可通过双气腔室以保证发射气体的体积要求，反之，当对子弹发射速度要求较低时，则可通过球阀关闭一个发射气腔室，这样，能够节约气体和注气时间；同时，将阀杆设计成空心结构，大大的减轻了阀杆自身的重量，提高了阀杆滑动的灵活性；通过阀杆变截面的结构设计，保证了阀杆在两个气室内受压的面积差，改善了阀杆的受力状况。通过巧妙的气缸设计和控制系统，方便的实现了缸内气体压力和子弹发射，发射子弹瞬间为管内高压，装入子弹时管内则为自然气压，安全可靠；小直径的弹体和输入杆、输出杆设计，可以在弹体速度不高时对试件产生高应变率，而且易于保证试件和波导杆中应力的一维状态；气动控制不仅布局方便、结构简单，而且制作调试容易。另外，本发明的发射缸结构简单，稳定可靠，调试使用方便，制造和维护成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为控制气缸结构示意图；

图3是中间透盖的结构示意图；

图4是阀杆的结构示意图。

具体实施方式

如图1-4所示的φ8mm小直径气动分离式动态压缩实验装置，包括由左、右端盖和缸体构成的气缸、输入杆、输出杆、发射控制系统、托架、缓冲吸收器、撞击速度测量记录仪、数据记录处理系统等部分，输入杆和输出杆上分别安装输入杆应变片和输出杆应变片。气缸8的缸体内由中间透盖86分隔为左、右两个发射气腔室813、814。中间透盖的切面呈侧倒的“T”型，其分隔的端面为与腔室直径相匹配的圆盘状861，其上开设有由球阀864控制的透孔862，中间设有气管863。左端盖82内开设的圆孔与端面呈圆盘状的中间透盖的气管端之间安装有空心阀杆85，阀杆的一端为楔形854，与中间透盖86的气管端相邻；另一端内安装有塞块851，并置于固定在左端盖上的后端盖81内开设的控制气腔室811内。位于阀杆一侧的发射气腔室开设有气体注入孔812。中间透盖的气管另一端置于右端盖87内开设的圆孔内，并与固定在右端盖上的法兰88上的气管相通。弹管89通过螺纹连接在法兰的气管内。

为了改善阀杆的受力状况，上述的空心阀杆由两截不同直径的空心杆构成变截面的结构。两截空心杆之间有一直径渐变段853。

为了方便空心阀杆的加工制作，在塞块的一端开设有中心孔855，在杆体楔形接触面端部开设有中心孔856。

气缸内各部分组件之间的组合均设有密封圈，以达到气密效果。

高压气瓶10通过发射控制系统9分别与固定在托架上的气缸8控制气腔室811和气体注入孔812连接。与弹管89相对应的一侧托架上依次连接有子弹测速器11、输入杆5、实验试件4、输出杆3、吸收杆2和吸收器1。气缸、弹管、输入杆、实验试件、输出杆和吸收杆在同一水平轴线上。

输入杆5和输出杆3为实心小直径的金属杆，由弹性材料制成。

其工作原理：实验时，首先在弹管89装入子弹6至底端，然后向控制气腔室811内注入高压气体，高压气体的压力推动阀杆85向右滑动，将阀杆前端的楔形接触面与中间透盖86的气管端抵接，自动封堵中间透盖气管的通道。然后，通过气体注入孔812向发射气腔室814中注入高压发射气体。子弹发射时，通过释放控制气腔室内的气体，使阀杆两端存在压力差，推动阀杆向左滑动，阀杆前端的楔形接触面与中间透盖的气管端接触分离，发射气腔室内的高压气体则进入中间透盖的气管，推动小直径子弹以一定的速度撞击小直径的输入杆，在输入杆内产生一个入射脉冲ε_i，当应力脉冲到达试件时，试件在该脉冲作用下发生变形，并在输入杆中产生一个往回的反射脉冲ε_r，在小直径的输出杆中产生一个向前的透射脉冲ε_t。在实验过程中始终保持弹性，系统的主要假设是一维应力假设，即试件与波导杆中应力是一维的，只存在轴向应力，这使应力波在波导杆中的传播满足一维弹性应力波理论。根据波导杆上的记录信号，可以测试出试件的动态力学性能。

Claims (4)

1.一种小直径气动分离式动态压缩实验装置，包括由左、右端盖和缸体构成的气缸、输入杆、输出杆、发射控制系统、托架、吸收器、子弹测速器和数据记录处理系统部分；高压气瓶通过发射控制系统与固定在托架上的气缸的控制气腔室和气体注入孔连接，气缸的一端连接弹管，与弹管相对应的一侧托架上依次连接有子弹测速器、输入杆、实验试件、输出杆、吸收杆和吸收器，输入杆和输出杆上分别安装输入杆应变片和输出杆应变片，其特征在于：气缸(8)的缸体内由中间透盖(86)分隔为左、右两个发射气腔室(813、814)；中间透盖的切面呈侧倒的“T”型，其分隔的端面为与腔室直径相匹配的圆盘状(861)，中间透盖分隔的端面上开设有由球阀控制的透孔(862)，中间设有气管(863)；左端盖(82)内开设的圆孔与端面呈圆盘状的中间透盖的气管端之间安装有空心阀杆(85)，阀杆的一端为楔形(854)，与中间透盖的气管端相邻；另一端内安装有塞块(851)，并置于固定在左端盖上的后端盖(81)内开设的控制气腔室(811)内；阀杆一侧的发射气腔室开设有气体注入孔(812)；中间透盖的气管另一端置于右端盖(87)内开设的圆孔内，并与固定在右端盖上的法兰(88)上的气管相通；弹管(89)通过螺纹连接在法兰的气管内。

2.根据权利要求1所述的一种小直径气动分离式动态压缩实验装置，其特征在于：所述的空心阀杆(85)由两截不同直径的空心杆构成变截面的结构。

3.根据权利要求1所述的一种小直径气动分离式动态压缩实验装置，其特征在于：所述的气缸、弹管、输入杆、实验试件、输出杆和吸收杆在同一水平轴线上。

4.根据权利要求1所述的一种小直径气动分离式动态压缩实验装置，其特征在于：所述的输入杆和输出杆为实心小直径的金属杆，由弹性材料制成。

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