CN103471938B - T形霍普金森扭杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种T形霍普金森扭杆装置，涉及材料动态力学性能实验设备领域，包括霍普金森压杆，其特征在于：所述霍普金森压杆通过T形扭转波导杆连接扭转入射杆，所述T形扭转波导杆与扭转入射杆之间通过水平设置的动态载荷分离器连接，还包括与扭转入射杆同轴设置的扭转透射杆。本发明提供的T形霍普金森扭杆装置，可以用于材料的动态扭转实验，实验稳定性好，解决了传统实验装置操作不方便，实验易失败的缺陷，提高了实验效率，提高波形实验条件的可重复性。

Description

T形霍普金森扭杆装置

技术领域：

本发明涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种T形霍普金森扭杆装置。

背景技术：

分离式霍普金森杆是一种研究一维应力状态下材料动态力学性能的有效实验装置。自从1949年Kolsky发明分离式霍普金森压杆装置并用其研究一维应力状态下材料动态力学性能以来，动态压缩实验技术不断提高。对某些材料而言，其动态拉伸性能比其动态压缩性能更加重要。但是，由于动态拉伸设备的高度复杂性，分离式霍普金森拉杆虽有长足的发展，但至今还没有一种比较理想的研究材料动态拉伸性能的实验设备。有时研究者更为关心材料的动态抗剪能力，因而在70年代T.Nicholas等人发明了预贮能型分离式霍普金森扭杆。所谓预贮能型分离式霍普金森扭杆是将扭转入射杆一分为二，其中一端有便于加外力矩（载荷）的旋转头（此段称为预扭段），另一端则与试件相连。在分界处用一抱紧式夹具（其中主要件是一中部开有环状V形槽的螺栓）将杆夹住，阻止其扭转。用千斤顶或其它装置将旋转头旋转从而对预段扭转加载，在这一段上预贮扭转能量。当预贮能量值达到实验者期望值时，实验者迅速释放夹持机构，预加载段的能量（应力、应变）以波的形式传向入射杆的未加载段形成扭转加载波。采用这种方式的主要不足之处有：

1.夹紧装置很难将杆完全夹住而不发生旋转，往往在加载过程中要不断去加强夹紧力（进一步拧紧螺栓），以阻止旋转滑动。在此过程中常常会发生螺栓突然断裂，致使该次实验失败。

2.这种预贮能式扭杆在实验是通过拧断中部开有环状V形槽的螺栓释放夹具，而拧断螺栓的过程具有很大的随机性，严重影响波形的实验条件的重复性。

以上两个不足是制约预贮能型分离式霍普金森杆发展的主要原因。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新型分离式的T形霍普金森扭杆装置，以满足进行材料动态扭转实验的需要。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种T形霍普金森扭杆装置，包括霍普金森压杆，其特征在于：所述霍普金森压杆通过T形扭转波导杆连接扭转入射杆，所述T形扭转波导杆与扭转入射杆之间通过水平设置的动态载荷分离器连接，还包括与扭转入射杆同轴设置的扭转透射杆。

所述扭转入射杆和扭转透射杆通过支撑轴承支撑。

所述霍普金森压杆包括压杆发射器、从压杆发射器发射出的子弹、受子弹撞击的压缩入射杆，T形扭转波导杆介于压缩入射杆和压缩透射杆之间。

所述T形扭转波导杆包括竖直部分与水平部分，竖直部分下端与霍普金森压杆连接，所述水平部分与扭转入射杆同轴连接。

所述竖直部分下端法线与压缩杆系轴线重合的侧表面与霍普金森压杆杆系接触部分的形状和尺寸与压缩杆系的横截面形状和尺寸相同并与压缩入射杆及透射端面密切耦合。

所述动态载荷分离器，一端与T形扭转波导杆相连，另一端与扭转入射杆相连；动态载荷分离器只能传递扭转载荷，而隔离了其它动态载荷，保证只有扭转波传入扭转入射杆。

发射器以一定速度发射一个子弹（撞击杆）撞击压缩入射杆，在其中形成一个压缩波；当此压缩波传播到压缩入射杆的另一端（非撞击端）时传给与其接触的T形扭转波导杆的下端水平部分，并透过T形扭转波导杆在压缩透射杆中传播。在T形扭转波导杆的竖直部分下端质点的沿压缩杆系轴向的运动形成一个自下向上传播的横向剪切波和弯曲波。此波传到T形扭转波导杆的上端水平部分时便在其中形成了横向剪切、弯曲和扭转波，这个组合波经过动态载荷分离器后，只有扭转波继续在扭转入射杆传播。当扭转波传到试件（试件安装在扭转入射杆与扭转透射杆之间）界面时，一部分反射回扭转入射杆，一部分透射到扭转透射杆中，分别记录扭转入射杆和扭转透射杆中的波形，按照霍普金森杆的理论便可分析计算得到试件材料在一定应变率下扭转应力应变曲线。

本发明提供的T形霍普金森扭杆装置，可以用于材料的动态扭转实验，实验稳定性好，解决了传统实验装置操作不方便，实验易失败的缺陷，提高波形实验条件的可重复性。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但不是用来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种T形霍普金森扭杆装置，从整体来看，它有压杆和扭杆两大部分组成，整个装置因T形扭转波导杆，俯视也成T形而称为T形霍普金森扭杆装置。其主要部件包括传统的霍普金森压杆1，T形扭转波导杆2，动态载荷分离器3，扭转入射杆4，试件5，扭转透射杆6，支撑轴承7等。

霍普金森压杆1通过T形扭转波导杆2连接扭转入射杆4，T形扭转波导杆2与扭转入射杆4之间通过水平设置的动态载荷分离器3连接，扭转入射杆4通过试件5与同轴设置的扭转透射杆6相接；扭转入射杆4和扭转透射杆6通过支撑轴承7支撑；霍普金森压杆1包括压缩发射器11、与压缩发射器11配合的子弹12、与子弹12配合的压缩入射杆13通过T形扭转波导杆2与压缩透射杆14相接。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进（如采用霍普金森拉杆代替其中的霍普金森压杆等），这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种T形霍普金森扭杆装置，包括霍普金森压杆，其特征在于：所述霍普金森压杆通过T形扭转波导杆连接扭转入射杆，所述T形扭转波导杆与扭转入射杆之间通过水平设置的动态载荷分离器连接，还包括与扭转入射杆同轴设置的扭转透射杆；

所述T形扭转波导杆包括竖直部分与水平部分，竖直部分下端与霍普金森压杆连接，所述水平部分与扭转入射杆同轴连接；

所述竖直部分下端法线与压缩杆系轴线重合的侧表面与霍普金森压杆杆系接触部分的形状和尺寸与压缩杆系的横截面形状和尺寸相同并与压缩入射杆及透射端面密切耦合；

所述动态载荷分离器，一端与T形扭转波导杆相连，另一端与扭转入射杆相连。

2.根据权利要求1所述的T形霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述扭转入射杆和扭转透射杆通过支撑轴承支撑。

3.根据权利要求1或2所述的T形霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述霍普金森压杆包括压杆发射器、从压杆发射器发射出的子弹、受子弹撞击的压缩入射杆，T形扭转波导杆介于压缩入射杆和压缩透射杆之间。