CN103674738B - 高温条件下shpb自动对杆冲击加载实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置，包括高压气罐、入射杆、透射杆、用于放置入射杆、透射杆及试件的底座和试件加热装置，所述试件加热装置与底座分离设置，加热装置与底座间设有导引试件从加热装置到底座的宽度可调的试件导轨，在底座上与试件导轨相对的试件的另一侧设有限定试件位置的试件挡杆，所述底座三维可调。采用本发明的高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置，试件加热均匀、实验过程准确、稳定性好。

Description

高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置

技术领域

本发明涉及材料高温动态力学性能研究领域，尤其是一种高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置。

背景技术

以霍普金森压杆（SplitHopkinsonPressureBar，SHPB）装置为代表的实验装置是目前测量材料各种动态力学性能的主要装置，可以获得材料在高应变率下的各种动态力学参数。随着科学技术的不断发展，对于高温、高应变率条件（如火灾、爆炸、地震）下的材料动态力学性能指数的测量显得更加重要。由于混凝土、岩石的材料特性，测量其动态力学参数应使用大尺寸霍普金森压杆，目前高温分离式霍普金森压杆装置主要针对金属试件，霍普金森压杆尺寸普遍较小，因此不适用于混凝土、岩石等材料的高温动态力学性能测量。

名称为“大直径SHPB实验中的高温加载技术及其应用”的文章（范飞林，许金余，爆炸与冲击，2013，Vol.33,第一期，PP.55～60）中提供了针对高温混凝土的大尺寸霍普金森压杆的组装实验技术。当试件加热到既定温度时，采用人工推动压杆加紧试件，容易造成试件与入射杆、透射杆接触不紧密。人工推动压杆加紧试件同时触发子弹，容易对人造成伤害，不尽安全。整个过程采用人工方法，实验的随机因素较大。

中国发明专利“用于高温霍普金森压杆实验的双向气路自动组装装置”（申请号：200610021096.5，公开日：2007.1.3）公开一种利用机械装置对预加热完毕的试件进行同步组装的实验装置，包括入射杆、透射杆，分别设置在入射杆、透射杆上的推动支座，加热炉及气路，推动支座分别由气缸和活塞组成，气路为双向气路。

该组装装置为了防止试件离开热源而迅速降温，将加热炉直接设在试件的组装位置下方，导致试件加热不均匀，并且不适用于大尺寸试件的加热，加热效率低；另外，由于不同的气炮气压下弹丸飞行时间不同，不同推动气压下支座的动作时间也不同，所以该装置容易造成试件未与入射杆、透射杆接触完全，而整个撞击过程已经结束的实验过程不准、稳定性差的情况，甚至导致整个实验失败。

发明内容

本发明目的在于提供一种高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置，试件加热均匀、实验过程准确、稳定性好。

实现本发明目的的技术方案是：一种高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置，包括高压气罐、入射杆、透射杆、用于放置入射杆、透射杆及试件的底座和试件加热装置，所述试件加热装置与底座分离设置，加热装置与底座间设有导引试件从加热装置到底座的宽度可调的试件导轨，在底座上与试件导轨相对的试件的另一侧设有限定试件位置的试件挡杆，所述底座三维可调。

在所述底座试件固定位置的前后侧各设至少一探测试件就位的光电传感器，所述光电传感器通过延时继电器与控制高压气罐气路的电磁阀相连。

所述入射杆远离试件一端正对与之同轴的子弹，所述子弹设于子弹发射机构内。

所述入射杆和透射杆上均贴有应变片，所述应变片与数据采集处理系统相连。

还包括子弹触发接触式开关，其通过固态继电器与控制高压气罐气路的电磁阀相连，所述子弹触发接触式开关的动触点设在入射杆上、静触点设在透射杆上，入射杆与透射杆顶紧试件后，该动触点与静触点闭合。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、试件加热均匀、加热效率高：试件加热装置与底座分离设置，使试件可以加热均匀，同时利用试件导轨确保试件离开加热源降温不大，采用微波炉加热更能够提高加热效率。

2、实验过程准确、稳定性好：试件由加热装置滚动至底座预定后，快速自动对杆，子弹准确触发，确保了材料高温下霍普金森压杆实验的稳定性及安全性。

附图说明

图1为本发明高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置的结构示意图。

图2为图1中试件附近部位放大图。

图3为实施例高温条件下混凝土试件霍普金森压杆撞击试验数据采集系统得到的波形图。

图4为实施例高温条件下混凝土试件霍普金森压杆撞击试验数据处理结果。

图中，1、高压气罐2、电磁阀3、子弹发射机构4、子弹5、薄垫片6、应变片7、入射杆8、入射杆气缸9、张紧箍环10、微波炉11、耐火砖底座12、宽度可调试件导轨

13、子弹触发接触式开关14、三维可调底座15、透射杆16、数据采集处理系统17、吸收杆18、活塞19、透射杆气缸20、试件挡杆21、光电传感控制器22、时间延时继电器23、固态继电器24、导轨滑槽25、耐火砖固定座。

具体实施方式

如图1所示，本发明高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置，包括高压气罐1、入射杆7、透射杆15、用于放置入射杆7、透射杆15及试件的底座14和试件加热装置10，所述试件加热装置10与底座14分离设置，加热装置10与底座14间设有导引试件从加热装置到底座14的宽度可调的试件导轨12，在底座14上与试件导轨12相对的试件的另一侧设有限定试件位置的试件挡杆20，所述底座14三维可调。

试件加热装置与底座分离设置，使试件可以加热均匀，同时利用试件导轨确保试件离开加热源后顺利滚入试验位置并且降温不大。

所述加热装置10最好为微波炉。也可以是其它可以均匀加热试件的热源。

在所述底座14试件固定位置的前后侧各设至少一探测试件就位的光电传感器，所述光电传感器通过延时继电器22与控制高压气罐1气路的电磁阀2相连。

光电传感控制器置于底座上试件的两侧，其中处于试件导轨12一侧光电传感控制器置于试件导轨12下方。布置时调整光电传感控制器的方向，确保监控光路贯穿待将加载试件所在位置，从而能准确探测试件是否就位。

所述入射杆7远离试件一端正对与之同轴的子弹4，所述子弹4设于子弹发射机构3内。

所述入射杆7与子弹4相对的端面中心处还贴有薄垫片，用以过滤高频波，提高实验精度。

所述入射杆7和透射杆15上均贴有应变片61、62，所述应变片61、62与数据采集处理系统（16）相连。

还包括子弹触发接触式开关13，其通过固态继电器23与控制高压气罐1气路的电磁阀2相连，所述子弹触发接触式开关13的动触点131设在入射杆7上、静触点132设在透射杆15上，入射杆7与透射杆15顶紧试件后，该动触点131与静触点132闭合。

动触点131与静触点132之间的距离小于入射杆7近试件端与透射杆15近试件端之间的距离与试件长度之差，从而入射杆7与透射杆15顶紧试件后，该动触点131与静触点132闭合。动触点131与静触点132采用非金属材料固定于入射杆7、透射杆15上。

所述固态继电器23采用3V电压控制24V电压。

所述入射杆7中部套装一张紧箍环9，张紧箍环9与入射杆7间垫以橡胶薄片，张紧箍环9外套装入射杆气缸8。入射杆气缸8通过对张紧箍环9的推动带动入射杆7对杆。

张紧箍环9与入射杆7间垫以橡胶薄片，以防止张紧箍环9对入射杆7中应力波传播产生影响。

所述透射杆15远离试件一端设有与透射杆15同轴的吸收杆17，吸收杆17远离透射杆15一端与置于透射杆气缸19内的活塞18固定连接。

所述底座14的试件固定位置采用耐火材料。

实验操作步骤为：

1、将试件放置在底座14的试件固定位置，调节底座14，保证试件、入射杆7、透射杆15位于同一直线上；

2、将试件从底座14上拿出，放入加热装置10如微波炉内加热；

3、试件加热到预定温度后，打开装置电路总开关，同时打开两个高压气罐1阀门进行充气，子弹发射机构3处气压加载至预定值；

4、打开微波炉10门，拨动试件沿试件导轨12滚入，受试件挡杆20阻挡，停止在既定的试件固定位置；

5、当试件滚动至试件固定位置后，阻挡光电传感器接收信号，从而控制回路打开，延时继电器22开始计时，若试件滚动不到位，可在延时时间内人工快速调整，计时时间到，控制气缸的电磁阀2打开，气缸同时推动入射杆7与透射杆15将试件顶紧；

6、当入射杆7和透射杆15顶紧试件后，接触式开关13回路接通，经固态继电器23放大电压控制子弹发射机构3处电磁阀2打开，子弹4发射，高速撞击实验开始；

7、数据采集处理系统16通过贴在入射杆7、透射杆15上应变片6采集的数据进行分析处理。

以下是利用本发明装置的一实施例：

1、置备试件：直径75mm，长40mm；

2、调整固定底座11，加热试件，预设加热温度800℃；

3、试件加热至800℃后，打开系统电源和两高压气罐1,子弹发射机构3处气压加载至0.5Mpa；

4、打开炉门，试件滚入既定位置，快速对杆系统打开，入射杆7与透射杆15将试件顶紧；

5、子弹自动发射系统打开，子弹4在高压气体推动下高速撞击入射杆7，应力波先后通过入射杆7、试件、透射杆15、吸收杆17。同时，贴在入射杆7、透射杆15上应变片6和、数据采集处理系统16进行数据采集；采集到的数据波形如图3所示；

6、用数据处理分析软件对采集数据进行分析处理，获得高温条件下试件的本构关系如图4所示。

Claims (10)

1.一种高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置，包括高压气罐(1)、入射杆(7)、透射杆(15)、用于放置入射杆(7)、透射杆(15)及试件的底座(14)和试件加热装置(10)，其特征在于：

所述试件加热装置(10)与底座(14)分离设置，加热装置(10)与底座(14)间设有导引试件从加热装置到底座(14)的宽度可调的试件导轨(12)，在底座(14)上与试件导轨(12)相对的试件的另一侧设有限定试件位置的试件挡杆(20)，所述底座(14)三维可调。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：在所述底座(14)试件固定位置的前后侧各设至少一探测试件就位的光电传感器，所述光电传感器通过延时继电器(22)与控制高压气罐(1)气路的电磁阀(2)相连，所述气路与入射杆气缸(8)和透射杆气缸(19)相连。

3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述入射杆(7)远离试件一端正对与之同轴的子弹(4)，所述子弹(4)设于子弹发射机构(3)内。

4.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述入射杆(7)和透射杆(15)上均贴有应变片(61、62)，所述应变片(61、62)与数据采集处理系统(16)相连。

5.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：还包括子弹触发接触式开关(13)，其通过固态继电器(23)与控制高压气罐(1)气路的电磁阀(2)相连，所述气路与子弹发射机构(3)相连，所述子弹触发接触式开关(13)的动触点(131)设在入射杆(7)上、静触点(132)设在透射杆(15)上，入射杆(7)与透射杆(15)顶紧试件后，该动触点(131)与静触点(132)闭合。

6.如权利要求5所述的实验装置，其特征在于：所述固态继电器(23)采用3V电压控制24V电压。

7.如权利要求1至6之一所述的实验装置，其特征在于：所述入射杆(7)中部套装一张紧箍环(9)，张紧箍环(9)与入射杆(7)间垫以橡胶薄片，张紧箍环(9)外套装入射杆气缸(8)。

8.如权利要求1至6之一所述的实验装置，其特征在于：所述透射杆(15)远离试件一端设有与透射杆(15)同轴的吸收杆(17)，吸收杆(17)远离透射杆(15)一端正对透射杆气缸(19)内的活塞(18)的输出端。

9.如权利要求1至6之一所述的实验装置，其特征在于：所述加热装置(10)为微波炉。

10.如权利要求1至6之一所述的实验装置，其特征在于：所述底座(14)的试件固定位置设有耐火材料。