CN103076223A - 一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置 - Google Patents

一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置 Download PDF

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张君发
鞠玉涛
周长省
陈雄
郑健
许进升
韦震
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Abstract

本发明是根据霍普金森拉杆的试验原理和要求，设计的一种发射装置。主要由套筒、底座、活塞、滑轨和支撑座等组成。其主要结构特点利用采用高压气体推动活塞运动，活塞推动管状子弹加速，使子弹以一定速度撞击入射杆；采用薄壁圆筒状滑轨用来支撑活塞和管状子弹的运动，实现了可靠性和一致性较好的拉伸加载方式。该发明结构简单可靠、成本较低；加速效果明显，能够在较短的行程内使子弹获得较高的速度；试验一致性好，能够在一定条件下使子弹获得一致的速度；通过高压气体压力的调节可以获得子弹不同的加载速度；滑轨的设计使子弹在加速过程中不接触入射杆，避免了子弹与入射杆相互作用对试验结果的影响。

Description

一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置
技术领域
本发明属于材料动态力学研究领域，特别是一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置。
背景技术
分离式霍普金森试验装置是研究材料力学性能的重要方法之一，虽然其原理和技术已经发展成熟，但试验装置本身并没有标准化，仍有待进一步发展。其中霍普金森拉杆是用于材料动态拉伸性能研究常用的技术手段。霍普金森试验是建立在一维应力波基础上的，撞击产生加载波也要满足一维假设，所以无论压杆还是拉杆，子弹与入射杆之间的撞击面应保证对称。由于拉杆加载的特殊性，各个部门采用的方式都不尽相同，试验的效果也更有差别。
文章“On the use of the non direct tensile loading on a classical split Hopkinsonbar apparatus dedicated to sheet metal specimen characterisation”中（Haugou.G，International Journal ofImpact Engineering,32(5):778-7982006）将试件放在刚性夹具之间，利用夹具抗压不抗拉的特性使加载压缩波通过夹具传播到透射杆中，然后经过自由端的反射形成拉伸波对试件进行加载。这种方式对夹具要求较高，并且只适用于模量较小的材料，由于夹具的影响试验的一致性也较差。文章“Tension and compression tests of two polymers under quasi-static and dynamicloading”中（Chen.W，Polymer Testing,21(2):113-1212002）将管状子弹直接放在入射杆上，利用压差直接对管状子弹加载，这种方式压差对子弹的加载力较小，需要的加载段较长且子弹和入射杆之间又相互作用，对试验加载的一致性有一定影响。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置，包括吸收杆、激光测速仪、入射杆、管状子弹、套筒、活塞、滑轨、底座，套筒底部设置底座，底座的中心设置滑轨，滑轨位于套筒的中轴线上，套筒内部设置活塞，该活塞可沿滑轨运动，滑轨上设置管状子弹，所述管状子弹也可沿滑轨滑动，活塞位于管状子弹的后端，推动管状子弹运动，滑轨的中心设置入射杆，入射杆的端部设置用于测量管状子弹速度的激光测速仪，所述激光测速仪与底座位于滑轨的不同方向，入射杆的前方设置用于吸收入射杆能量的吸收杆。
本发明与现有技术相比，其显著优点：该发明结构和加工工艺简单，成本较低，功能可靠；利用活塞两端的压差推动管状子弹加速，相对直接利用压差对子弹加载而言，相同压差下加载力更大，需要的加速段较小，避免了入射杆较长造成的弯曲；在底座上安装薄壁圆管状滑轨为子弹提供了运动轨道，用于支撑管状子弹的轴向运动，避免管状子弹与入射杆之间的相互作用对试验结果的影响；试验一致性好，能够在一定条件下使子弹获得一致的速度；通过气体压力的调节可以获得子弹不同的加载速度。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置结构示意图。
图2为滑轨剖面图。
图3为底座示意图，其中图（a）为主视图，图（b）为左视图。
图中标号所代表的含义为：1.吸收杆  2.激光测速仪  3.入射杆  4.管状子弹  5.套筒  6.活塞  7.滑轨  8.底座。
具体实施方式
本发明的一种用于霍普金森拉杆上的发射装置，用于为子弹提供一定的速度。套筒作为活塞的运动轨道，焊接固定在支撑座上；底座固定在套筒上，并在其半径上对称的分布两个通气孔；设计直径略大于杆件的薄壁圆管作为管状子弹的轨道。高压气体由底座的通气孔进入套筒内，活塞在两端面压差的作用下沿套筒内壁加速运动，同时推动管状子弹沿着薄壁轨道运动。
结合附图，本发明的一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置，其特征在于，包括吸收杆1、激光测速仪2、入射杆3、管状子弹4、套筒5、活塞6、滑轨7、底座8，套筒5底部设置底座8，底座8的中心设置滑轨7，滑轨7位于套筒5的中轴线上，套筒5内部设置活塞6，该活塞可沿滑轨7运动，滑轨7上设置管状子弹4，所述管状子弹4也可沿滑轨7滑动，活塞6位于管状子弹4的后端，推动管状子弹4运动，滑轨7的中心设置入射杆3，入射杆3的端部设置用于测量管状子弹4速度的激光测速仪2，所述激光测速仪2与底座8位于滑轨7的不同方向，入射杆3的前方设置用于吸收入射杆能量的吸收杆1。
所述底座8的形状为圆形，其径向中心处对称地设置两个螺纹孔。所述活塞6采用尼龙材料，其结构半剖面为“L”型，外圆柱面为其运动基准面。所述滑轨7的工作部分为内径大于入射杆3的薄壁圆管。
其工作原理为：由图1可以看出，高压气体通过底座8径向上对称分布的两个孔进入套筒5中，套筒5中的活塞6在压差的作用下，沿滑轨7从底座8向滑轨7另一端运动。活塞6推动管状子弹4一起运动，当活塞6运动到套筒5前端时，由于套筒5的挡板结构的作用使活塞6停止运动，管状子弹4以一定的速度撞击入射杆3的凸台，在入射杆凸台上产生压缩波。压缩波在入射杆3的端部反射形成拉伸波进入入射杆3中，从而实现拉伸加载方式。加载后入射杆3的动能被吸收杆1吸收。
激光测速仪2用于测量当管状子弹4撞击入射杆3凸台时的速度大小。
底座8上对称分布的孔使高压气体对称进入套筒5内，使活塞6受到较均匀的压差力，防止活塞6受到偏向力产生力矩是，使活塞6在套筒5中卡死或者运动受阻。
活塞6的作用是增加套筒5内高压气体接触面，从而增加推力大小，在套筒5有限的加速段内使活塞6和子弹4获得更大的速度。
滑轨7的作用是支撑活塞6和管状子弹4的运动，同时子弹4在整个运动过程中都未完全脱离滑轨7，从而避免管状子弹4与入射杆3凸台相撞前的相互作用带给试验的影响。
通过控制进入套筒内高压气体的大小可以实现子弹速度的控制。
利用本发明的发射装置，可以使管状子弹4产生不同的速度，进而使入射杆3产生不同幅值大小的压缩波，压缩波经过反射后形成拉伸波进入入射杆3中，实现试验的加载要求。

Claims (4)

1.一种基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置，其特征在于，包括吸收杆[1]、激光测速仪[2]、入射杆[3]、管状子弹[4]、套筒[5]、活塞[6]、滑轨[7]、底座[8]。套筒[5]底部设置底座[8]，底座[8]的中心设置滑轨[7]，滑轨[7]位于套筒[5]的中轴线上，套筒[5]内部设置活塞[6]，该活塞可沿滑轨[7]运动，滑轨[7]上设置管状子弹[4]，所述管状子弹[4]也可沿滑轨[7]滑动，活塞[6]位于管状子弹[4]的后端，推动管状子弹[4]运动，滑轨[7]的中心设置入射杆[3]，入射杆[3]的端部设置用于测量管状子弹[4]速度的激光测速仪[2]，所述激光测速仪[2]与底座[8]位于滑轨[7]的不同方向，入射杆[3]的前方设置用于吸收入射杆能量的吸收杆[1]。
2.根据权利要求1所述的基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置，其特征在于，底座[8]的形状为圆形，其径向中心处对称地设置两个螺纹孔。
3.根据权利要求1所述的基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置，其特征在于，所述活塞[6]采用尼龙材料，其结构半剖面为“L”型，外圆柱面为其运动基准面。
4.根据权利要求1所述的基于霍普金森拉杆试验设备的发射装置，其特征在于，所述滑轨[7]的工作部分为内径大于入射杆[3]的薄壁圆管。
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