CN102680336B - 高速冷打模拟实验的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速冷打模拟实验的实验装置，该实验装置通过先将被测材料试样固定气动装置一侧设置的发射管的出口处，然后通过气动装置的炮口喷射出的高压气体推动发射管内的撞击杆撞击被测材料试样，同时，通过高速摄像仪和/或红外热像仪对被测试样的变形过程进行记录，由于该实验装置在装夹被测材料试样时，采用了开放式装夹的方式，从而使得被测材料试样的变形过程能够被高速摄像仪和/或红外热像仪记录下来，进而解决了现有技术对被测材料试样的测试过程中，被测材料试样的变形过程无法观测和记录的问题。

Description

高速冷打模拟实验的实验装置
技术领域
本发明涉及关于材料的力学特性研究的实验中涉及的一种高速冷打模拟实验的实验装置。
背景技术
高速冷打成形是高速局部动态冲击加载条件下的金属塑性变形，成形过程包含着热、力、能量、速度等多场强耦合效应，导致金属材料在成形过程中的物理力学行为与传统的塑性成形的物理力学行为必定存在差异。为了深入研究高速冷打的成形机理，就要先获得材料在高应变率条件下的力学特性。目前被最广泛使用来测试材料在高应变率下力学特性的实验装置是分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，简称SHPB），它可以测试材料在                                                
Figure 962826DEST_PATH_IMAGE001
-应变率范围内的应力-应变曲线。例如在申请号为200620031882.9的中国实用新型专利的公开说明书中公开了一种大直径分离式霍普金森压杆，该装置通过其气动装置的炮口排放的高压气体来推动撞击杆，而撞击杆通过入射杆将撞击传递到被测试样上，然后再通过透射杆将撞击效果传递到阻尼机构上，在整个撞击过程中，被测材料试样的变形效果通过超动态应变仪在入射杆和透射杆上测量到的数据判断，但是由于在测试过程中，被测材料试样处于入射杆和透射杆之间的封闭管道中，因此实验人员无法对试样的变形过程进行观测和记录。
发明内容
本发明提供了一种高速冷打模拟实验的实验装置，旨在解决现有技术对被测材料试样的测试过程中，被测材料试样的变形过程无法观测和记录的问题。
本发明的冷打模拟实验的实验装置的技术方案如下：
一种高速冷打模拟实验的实验装置，包括气动装置及与气动装置的炮口连通的发射管，发射管内装设有沿发射管的长度方向与发射管导向配合的撞击杆，所述发射管的出口处设置有用于固定被测材料试样的夹具体，所述夹具体具有用于使被测材料试样与发射管的出口对齐的装夹端，所述夹具体与发射管的出口之间具有使撞击杆伸出发射管后撞击被测材料试样的间隙，所述间隙小于撞击杆的长度而使撞击杆在撞击时的后端仍处于发射管内；所述实验装置还包括用于拍摄被测材料试样变形过程的高速摄像仪和/或红外热像仪。
所述发射管于远离所述炮口的一端的周壁上开设有贯通发射管周壁的用于泄放气体的卸载槽。
所述发射管的内壁上设置有沿发射管的长度方向延伸的用于使所述撞击杆撞击到被测材料试样待检测处的导向槽或导向键。
本发明通过先将被测材料试样固定气动装置一侧设置的发射管的出口处，然后通过气动装置的炮口喷射出的高压气体推动发射管内的撞击杆撞击被测材料试样，同时，通过高速摄像仪和/或红外热像仪对被测试样的变形过程进行记录，由于该实验方法/实验装置在装夹被测材料试样时，采用了开放式装夹的方式，从而使得被测材料试样的变形过程能够被高速摄像仪和/或红外热像仪记录下来，进而解决了现有技术对被测材料试样的测试过程中，被测材料试样的变形过程无法观测和记录的问题。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图；
图2是图1中气动装置的结构示意图；
图3是图1中发射管部分的结构示意图。 
具体实施方式
本发明的冷打模拟实验的实验装置的实施例：该实验装置主要由气动装置1、发射管2、夹具体8、高速摄像仪6和红外热像仪5构成，该气动装置1具有用于排放高压气体的炮口101，气动装置1于炮口101设置处设置有与炮口101连通的发射管2，该发射管2内装设有沿发射管2的长度方向与发射管2导向配合的撞击杆4。发射管3出口处设置有用于固定被测试样7的夹具体8，夹具体8与发射管2的出口之间具有在撞击杆4能够撞击到被测材料试样7时撞击杆4不脱离发射管2的间隙。 
其中，气动装置1主要由装置壳体111、滑阀缸112和滑阀体113构成，其中，筒状的滑阀缸112的一端设置有用于封上其开口的封堵板，另一端于滑阀缸112的空腔内设置有能够从滑阀缸112的开口伸出的滑阀体113，滑阀体113沿滑阀缸112的长度方向与滑阀缸112导向配合，且在滑阀缸112上的封堵板上设置有与滑阀缸112的内腔连通气体管道；筒状的装置壳体111套设在滑阀缸112外侧，且在装置壳体111的两端分别设置有用于封上其开口的封堵板，而滑阀缸112和滑阀体113就处于装置壳体111和封堵板围成的空间内，而炮口101就处于装置壳体一端的封堵板上，另一端的封堵板上开设有供气体管道穿过的开口。并且，在装置壳体111与滑阀缸112之间具有用于供高压气体流通的空间，装置壳体111通过其内壁与滑阀缸112的外周之间设置的连接结构与滑阀缸112固定连接，该连接结构上开设有使连接结构两侧的装置壳体111的空腔连通的通道，装置壳体111于通道远离所述炮口的一侧的周壁上开设有连通装置壳体111内腔的气体通道，气体通道通过装置壳体111的空腔与炮口101连通。
另外，在发射管2于远离炮口101的一端的周壁上开设有贯通发射管2周壁的卸载槽201，当撞击杆4从发射管2的内壁开设卸载槽201的位置通过以后，高压气体能够从卸载槽201中排出，从而使得下一个工作循环时，高压气体不会滞留在气动装置1中。
在工作时，高压压缩气体通过操作台的相应阀门进入滑阀缸112的气室，推动滑阀体113运动迅速并关闭炮口101。在滑阀体113的头部关闭炮口101后，通过装置壳体111的周壁上开设的气体通道向装置壳体111和滑阀缸112之间的空间充高压气体。当该空间内的气体充至所要求的试验压力时，切断气源，迅速排放滑阀缸112气室的气体，使得滑阀体113的头部从炮口101脱离，也就是使得炮口101打开，使得装置壳体111和滑阀缸112之间的空间内的高压气体通过炮口101快速流入发射管2，推动发射管2内的撞击杆4运动。当撞击杆4从发射管2开设卸载槽201的位置通过时，高压气体从卸载槽201排出，而撞击杆4继续运动直至撞击被测材料试样7。在撞击杆4撞击被测材料试样7时，实验人员通过高速摄像仪6和红外热像仪5记录下被测材料试样7的变形过程，整个冷打模拟实验到此结束。
在上述实施例中，实验人员通过高速摄像仪和红外热像仪记录被测材料试样的变形过程，在其他实施例中，实验人员也可以通过高速摄像仪和红外热像仪中的一个记录被测材料试样的变形过程。
在上述实施例中，发射管的内壁为光滑曲面，在其他实施例中，发射管的内壁上也可以设置沿发射管的长度方向延伸的用于使撞击杆撞击到被测材料试样待检测处的导向槽或导向键，使得撞击杆在发射管内的运动具有更好的方向性。
在上述实施例中，气动装置与现有技术中分离式霍普金森压杆装置中的气动装置的分别较大，在其他实施例中，该气动装置也可以采用分离式霍普金森压杆装置中的常用气动装置，该气动装置的具体结构在申请号为200620031882.9的中国实用新型专利的公开说明书中已经具体说明，再次不再详述。

Claims (3)

1.一种高速冷打模拟实验的实验装置，包括气动装置及与气动装置的炮口连通的发射管，发射管内装设有沿发射管的长度方向与发射管导向配合的撞击杆，其特征在于：所述发射管的出口处设置有用于固定被测材料试样的夹具体，所述夹具体具有用于使被测材料试样与发射管的出口对齐的装夹端，所述夹具体与发射管的出口之间具有使撞击杆伸出发射管后撞击被测材料试样的间隙，所述间隙小于撞击杆的长度而使撞击杆在撞击时的后端仍处于发射管内，所述气动装置的炮口喷射出的高压气体推动发射管内的撞击杆撞击被测材料试样；所述实验装置还包括用于拍摄被测材料试样变形过程的高速摄像仪和红外热像仪。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述发射管于远离所述炮口的一端的周壁上开设有贯通发射管周壁的用于泄放气体的卸载槽。
3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述发射管的内壁上设置有沿发射管的长度方向延伸的用于使所述撞击杆撞击到被测材料试样待检测处的导向槽或导向键。
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