CN104266903A - 一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，对入射杆、透射杆、连接螺钉和板条试件进行相应的加工处理，在入射杆和透射杆上均加工出径向通槽，在该径向通槽的底部加工出与该径向通槽相导通的一径向通孔，并加工出与径向通槽相垂直的螺钉安装孔，在板条试件的两端分别加工出与螺钉安装孔相对应的连接孔，通过连接螺钉与径向通槽和板条试件的配合，最终实现板条试件与连接螺钉之间的无缝隙接触，同时结合第一压紧部和第二压紧部与板条试件之间较大的摩擦力，可有效避免板条试件与入射杆和透射杆之间发生相对滑移，保证试验结果的有效性，同时可大幅提高试验效率。

Description

一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法

技术领域

本发明涉及一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，用以提高Hopkinson拉杆试验结果的有效性，并提高试验效率。

背景技术

目前，国内外学者普遍采用分离式Hopkinson拉杆试验装置研究材料在不同应变率下的动态拉伸力学性能。Hopkinson拉杆试验装置的拉杆包括圆柱形的入射杆和透射杆，试验时将拉伸试件的两端分别与入射杆和透射杆固定连接。Hopkinson拉伸试件通常为圆柱形或板条状。对于圆柱形Hopkinson拉伸试件，Hopkinson拉杆和试件通过螺纹连接，一般在Hopkinson拉杆的端部预留有内螺纹，在试件的两端加工有外螺纹，通过试件两端的外螺纹与Hopkinson拉杆端部的内螺纹的配合实现Hopkinson拉杆和试件的连接。对于板条状试件与Hopkinson拉杆的连接，目前国内主要采用如下形式：在二者之间增加一个圆柱形夹具，该夹具的一端采用外螺纹和Hopkinson拉杆的内螺纹进行螺纹连接，另一端采用刻槽并配合螺栓与板条状试件连接，同时配合胶粘剂把试件和夹具粘结在一起。通过增加夹具将板条状试件和Hopkinson拉杆连接存在一定的缺陷，其表现为：对于夹具和Hopkinson拉杆之间的连接，夹具的外螺纹和拉杆的内螺纹连接之后二者之间还存在一定的缝隙，在Hopkinson拉伸试验中，该缝隙会造成Hopkinson拉杆和夹具之间发生相对滑移；此外，对于在夹具上设置刻槽并配合螺栓连接板条状试件，螺栓和试件的螺栓孔之间以及试件和刻槽面之间不管螺栓是否旋紧都有间隙存在，在Hopkinson拉伸试验中，会引起试件和夹具之间发生滑移，且试件的螺栓孔承压面会发生局部不均匀变形，使试件的圆形螺栓孔变成椭圆孔。以上这些相对滑移以及试件螺栓孔的局部不均匀变形，都会造成试验过程中测量得到的数据失真，导致试验结果不准确。虽然通过在试件和刻槽表面之间涂上粘结剂把二者粘结在一起后，可以在一定程度上解决二者之间的相对滑移和试件螺栓孔局部不均匀变形的问题，但是，胶粘剂的涂胶过程较为繁琐、耗时，涂胶后胶粘剂的固化也需要一定的时间，并且再次试验时需先把刻槽内固化的胶粘剂去除，也需耗费较长时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，能够有效避免板条试件与杆件之间发生相对滑移，可保证试验结果的有效性，并且在确保Hopkinson拉杆试验结果准确性的基础上，可大幅提高试验效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，包括以下步骤：

1）准备圆柱形的外径相同的入射杆半成品、透射杆半成品和尺寸适宜的板条试件；

2）在入射杆半成品的一端沿其径向加工出一径向通槽，并在该径向通槽的底部加工出与该径向通槽相导通的一径向通孔，径向通孔的孔径大于径向通槽的高度，通过径向通槽和径向通孔将入射杆半成品的一端部均分为第一压紧部和第二压紧部，在入射杆半成品的另一端加工出内螺纹，该内螺纹与Hopkinson拉杆试验装置上的撞击块上的外螺纹相配合；

3）在第一压紧部的中部加工出与径向通槽垂直的圆孔，在第二压紧部的中部加工出与径向通槽垂直的螺纹孔，圆孔与螺纹孔的中心线重合，圆孔的孔径大于螺纹孔的孔径，圆孔与螺纹孔构成螺钉安装孔，螺钉安装孔用于安装连接螺钉，即得到入射杆；

4）采用上述步骤1）~步骤3）的方法加工处理透射杆半成品得到透射杆，不同之处在于，在透射杆的端部不必加工出内螺纹；

5）根据需要加工出两个步骤2）中所需的连接螺钉，连接螺钉由依次连接设置的螺钉头、柱形部、变截面部和螺纹部组成，柱形部的外径与第一压紧部上的圆孔的孔径相同，柱形部与变截面部的长度之和大于第一压紧部上的圆孔的深度，螺纹部与第二压紧部上的螺纹孔相适配；

6）在板条试件的两端各加工出一个连接孔，连接孔的孔径与入射杆和透射杆上的螺纹孔的孔径大小相同；

7）将入射杆和透射杆安装在Hopkinson拉杆试验装置上，再将准备好的板条试件的两端分别塞入入射杆和透射杆上的径向通槽内，并使板条试件上的两个连接孔分别与入射杆和透射杆上的螺钉安装孔对中，然后分别装入连接螺钉并旋紧，使入射杆和透射杆上的径向通槽收缩，同时连接螺钉上的变截面部穿过板条试件并挤压板条试件上的连接孔，实现板条试件与连接螺钉之间的无缝隙接触。

作为优选，加工得到的入射杆和透射杆中径向通孔的孔径大小与径向通槽的高度大小的比值均为1~5:1，这样旋紧连接螺钉时径向通槽易收缩，并且确保了其适当幅度的可收缩范围，使板条试件厚度较小时的拉伸试验也可以得以解决。

作为进一步优选，加工得到的入射杆和透射杆中径向通槽的深度大小均为入射杆的直径大小的2~3倍，可增大板条试件与杆件之间的接触面积，增大摩擦力，使板条试件与杆件的连接更牢固。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，对入射杆、透射杆、连接螺钉和板条试件进行相应的加工处理，将入射杆、透射杆、板条试件和连接螺钉装好后，旋紧调节连接螺钉时，入射杆和透射杆上的径向通槽自其开口向内慢慢收缩，使第一压紧部和第二压紧部逐渐贴紧板条试件，从而板条试件与杆件之间的摩擦力增大，板条试件可固定连接于杆件；此外，在连接螺钉上设计加工过渡的变截面部，旋转调节连接螺钉时该变截面部可穿过板条试件并挤压板条试件上的连接孔，使连接孔发生局部的塑性变形，使板条试件上该发生塑性变形部位的屈服强度提高，从而使该部分材料在后续拉伸试验过程中不易发生局部变形，并保证了试件和螺钉的无缝隙接触。本发明方法通过连接螺钉与径向通槽和板条试件的配合，最终实现板条试件与连接螺钉之间的无缝隙接触，同时结合第一压紧部和第二压紧部与板条试件之间较大的摩擦力，可有效避免板条试件与入射杆和透射杆之间发生相对滑移，保证试验结果的有效性，同时可大幅提高试验效率。

附图说明

图1为实施例中加工得到的入射杆的结构示意图；

图2为实施例中加工得到的透射杆的结构示意图；

图3为实施例中加工得到的连接螺钉的外观图；

图4为实施例中加工得到的板条试件的外观图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例的克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，包括以下步骤：

1）准备圆柱形的外径均为Ф19mm的入射杆半成品、透射杆半成品和尺寸适宜的板条试件；

2）在入射杆半成品的一端沿其径向加工出一径向通槽11，该径向通槽11的深度为50mm、高度为1.2mm，并在该径向通槽11的底部加工出与该径向通槽11相导通的一径向通孔12，该径向通孔12的孔径为Ф3mm，通过径向通槽11和径向通孔12将入射杆半成品的一端部均分为第一压紧部14和第二压紧部15，在入射杆半成品的另一端加工出尺寸为M19*1.5的内螺纹18，该内螺纹18与Hopkinson拉杆试验装置（图中未示出）上的撞击块上的外螺纹相配合；

3）在第一压紧部14的中部加工出与径向通槽11垂直的圆孔16，该圆孔16的孔径为Ф8.5mm、深度为8.9mm，在第二压紧部15的中部加工出与径向通槽11垂直的M8的螺纹孔17，圆孔16与螺纹孔17的中心线重合，圆孔16与螺纹孔17构成螺钉安装孔13，螺钉安装孔13用于安装连接螺钉3，即得到入射杆1，其结构示意图如图1所示；

4）采用上述步骤1）~步骤3）的方法加工处理透射杆半成品得到透射杆2，其结构示意图见图2，不同之处在于，在透射杆2的端部不必加工出内螺纹；

5）根据需要加工出两个步骤2）中所需的连接螺钉3，如图3所示，连接螺钉3由螺钉头31、柱形部32、变截面部33和M8的螺纹部34组成，柱形部32的外径为Ф8.5mm，柱形部32的长度为8.5mm，变截面部33的长度为2mm，即得到连接螺钉3，如图3所示；

6）在板条试件4的两端各加工出一个孔径为Ф8mm的连接孔41，如图4所示；

7）将入射杆1和透射2杆安装在Hopkinson拉杆试验装置上，再将准备好的板条试件4的两端分别塞入入射杆1和透射杆2上的径向通槽内，并使板条试件4上的两个连接孔41分别与入射杆1和透射杆2上的螺钉安装孔对中，然后分别装入连接螺钉并旋紧，使入射杆1和透射杆2上的径向通槽收缩，同时连接螺钉上的变截面部穿过板条试件4并挤压板条试件4上的连接孔41，实现板条试件4与连接螺钉之间的无缝隙接触，并保证第一压紧部与板条试件4以及第二压紧部与板条试件4间有足够大的摩擦力。

Claims (3)

1.一种克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）准备圆柱形的外径相同的入射杆半成品、透射杆半成品和尺寸适宜的板条试件；

2）在入射杆半成品的一端沿其径向加工出一径向通槽，并在该径向通槽的底部加工出与该径向通槽相导通的一径向通孔，径向通孔的孔径大于径向通槽的高度，通过径向通槽和径向通孔将入射杆半成品的一端部均分为第一压紧部和第二压紧部，在入射杆半成品的另一端加工出内螺纹，该内螺纹与Hopkinson拉杆试验装置上的撞击块上的外螺纹相配合；

3）在第一压紧部的中部加工出与径向通槽垂直的圆孔，在第二压紧部的中部加工出与径向通槽垂直的螺纹孔，圆孔与螺纹孔的中心线重合，圆孔的孔径大于螺纹孔的孔径，圆孔与螺纹孔构成螺钉安装孔，螺钉安装孔用于安装连接螺钉，即得到入射杆；

4）采用上述步骤1）~步骤3）的方法加工处理透射杆半成品得到透射杆，不同之处在于，在透射杆的端部不必加工出内螺纹；

5）根据需要加工出两个步骤2）中所需的连接螺钉，连接螺钉由依次连接设置的螺钉头、柱形部、变截面部和螺纹部组成，柱形部的外径与第一压紧部上的圆孔的孔径相同，柱形部与变截面部的长度之和大于第一压紧部上的圆孔的深度，螺纹部与第二压紧部上的螺纹孔相适配；

6）在板条试件的两端各加工出一个连接孔，连接孔的孔径与入射杆和透射杆上的螺纹孔的孔径大小相同；

7）将入射杆和透射杆安装在Hopkinson拉杆试验装置上，再将准备好的板条试件的两端分别塞入入射杆和透射杆上的径向通槽内，并使板条试件上的两个连接孔分别与入射杆和透射杆上的螺钉安装孔对中，然后分别装入连接螺钉并旋紧，使入射杆和透射杆上的径向通槽收缩，同时连接螺钉上的变截面部穿过板条试件并挤压板条试件上的连接孔，实现板条试件与连接螺钉之间的无缝隙接触。

2.根据权利要求1所述的克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，其特征在于加工得到的入射杆和透射杆中径向通孔的孔径大小与径向通槽的高度大小的比值均为1~5:1。

3.根据权利要求1或2所述的克服Hopkinson拉杆试验中板条试件与杆件相对滑移的方法，其特征在于加工得到的入射杆和透射杆中径向通槽的深度大小均为入射杆的直径大小的2~3倍。