CN104697854B - 预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，涉及材料动态力学性能实验设备领域，包括环形支架和环形支架固定装置，环形支架的内壁上均匀环设至少三个夹紧加载液压缸，每个夹紧加载液压缸的活塞杆均朝向环形支架的几何圆心，每个夹紧加载液压缸的缸体两侧分别通过一根稳定撑杆支撑在环形支架上，相邻两个夹紧加载液压缸之间通过高压管道连接，高压管道上设置有加/泄压口。本发明用于预贮能型分离式霍普金森扭杆的扭杆预扭段的预储能加载与同步释放，本发明采用液压环抱式锁紧与释放，加载过程中锁紧力度可以精确掌握，卸载释放过程可以在瞬间完成，可保证卸载一致性。

Description

预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置

技术领域

本发明涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置。

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。但是对某些材料而言，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，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。抱紧式夹具与旋转头之间的一段杆称为预扭段。用千斤顶或其它装置将旋转头旋转从而对预扭段加载，在这一段上预贮扭转变形能。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，预扭段的能量(应力、应变)以波的形式传向入射杆的未加载段(抱紧式夹具与试件之间的一段杆)形成扭转加载波。采用这种方式的主要不足之处有：

1.由于夹紧力是通过拧紧一根中部开有环状V形槽的螺栓而施加的，此力的大小没有显示，也不能主动控制与重复。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.这种预贮能式扭杆进行实验时，实验者是通过拧断中部开有环状V形槽的螺栓释放夹具的，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。

3.由于实验者对该螺栓有两个相互矛盾的期望：一方面在加载阶段希望它有足够的强度以保证不在加载过程中断裂致使实验失败；另一方面又希望该同一螺栓能在需要其断裂时实然脆断以保证获得良好的扭转加载脉冲。因为这一矛盾难以调和，加之螺栓的加工和材料和力学性能具有一定的随机性，经常导致实验失败。

以上三个不足是制约预贮能型分离式霍普金森扭杆发展的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，为这种类型的霍普金森扭杆提供一种液压环抱式锁紧与释放装置。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，包括霍普金森扭杆的扭转入射杆，其特征在于：所述扭转入射杆的扭杆预扭段上设置有扭转加载装置和液压环抱锁紧与释放装置，所述扭转加载装置包括固定装配在扭杆预扭段上的旋转加载盘，旋转加载盘通过连杆机构连接预扭加载液压缸的活塞杆；所述液压环抱锁紧与释放装置包括环形支架和环形支架固定装置，所述环形支架的内壁上均匀环设至少三个夹紧加载液压缸，每个夹紧加载液压缸的活塞杆均朝向环形支架的几何圆心，每个夹紧加载液压缸的缸体两侧分别通过一根稳定撑杆支撑在环形支架上，相邻两个夹紧加载液压缸之间通过高压管道连接，高压管道上设置有加/泄压口。

所述稳定撑杆通过滑套连接在缸体的活塞杆伸出端，所述滑套套在伸出缸体的活塞杆上，稳定撑杆从缸体的两侧支撑，扭杆预扭段加载预扭力时，可增加夹紧加载液压缸的稳定性。

连接不同夹紧加载液压缸的高压管道长度相等，加/泄压口设置在高压油管的中间位置，可控制所有的夹紧加载液压缸同时加载、同时卸载，夹紧加载液压缸的卸载过程即为扭杆预扭段预加载的能量释放的过程。要保证所有的夹紧加载液压缸同步进行卸载，不同高压管道的长度相等，加/泄压口设置在高压油管的中间位置，即可保证液压卸载时，卸载波在高压管道中的传播路径长度相同，液压的卸载波可以同步到达各个夹紧加载液压缸，使不同的夹紧加载液压缸可以实现同步卸载。

在整个扭杆装置安装完毕后(试件安装在相应位置上)，由加/泄压口通过高压管道对夹紧加载液压缸进行加载，夹紧加载液压缸的活塞杆向扭杆的几何中心运动，对称夹紧扭杆预扭段使之在摩擦力矩作用下不能转动。此后对预扭加载液压缸加载，载荷通过连杆机构转换为对旋转盘的扭转载荷，在此载荷作用下，扭杆预扭段产生扭转变形，从而在这一段上预贮扭转变形能。当预贮能量值达到实验者期望值时(旋转某一角度)，实验者通过高压管道加/泄压口对称快速卸载，作用在活塞杆上的压力快速卸载，扭杆预扭段获得快速释放，预扭段的能量(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。当扭转波传到试件界面时，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透射杆中的波形，按照霍普金森扭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。

所述环形支架具有足够的强度和刚度以保证在该装置工作过程中不发生变形和破坏。

多个夹紧加载液压缸在环形支架上对称分布以保证夹紧载荷的几何对称性。

所述稳定撑杆为具有高度稳定性的短粗杆件，用以保证装置在工作过程中夹紧加载液压缸中活塞杆外伸端部的几何径向定位。

本发明的有益效果为：

本发明提供的预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，用于预贮能型分离式霍普金森扭杆的扭杆预扭段的预储能加载与同步释放，解决了现有夹持机构使用不方便，加载与释放不容易掌控，随机性大，实验成功率不高的缺点，本发明采用液压环抱式锁紧与释放，加载过程中锁紧力度可以精确掌握，卸载释放过程可以在瞬间完成，可保证卸载一致性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为扭转加载装置的结构示意图；

图3为液压环抱锁紧与释放装置的结构示意图。

其中，1.扭转加载装置；2.扭杆预扭段；3.液压环抱锁紧与释放装置；4.扭转入射杆；5.试件；6.支撑装置；7.扭转透射杆；11.旋转加载盘；12.连杆机构；13.预扭加载液压缸；31.稳定撑杆；32.夹紧加载液压缸；33.环形支架；34.高压管道；35.加/泄压口；36.环形支架固定装置。

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1-3所示，一种预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，包括霍普金森扭杆的扭转入射杆4，扭转入射杆4的扭杆预扭段2上设置有扭转加载装置1和液压环抱锁紧与释放装置3，试件5安装在扭转入射杆4与扭转透射杆7之间，扭转入射杆4与扭转透射杆7通过支撑装置6支撑；

扭转加载装置1包括固定装配在扭杆预扭段2上的旋转加载盘11，旋转加载盘11通过连杆机构12连接预扭加载液压缸13的活塞杆；

液压环抱锁紧与释放装置3包括环形支架33和环形支架固定装置36，环形支架33的内壁上均匀环设三个夹紧加载液压缸32，每个夹紧加载液压缸32的活塞杆均朝向环形支架33的几何圆心，每个夹紧加载液压缸32的缸体两侧分别通过一根稳定撑杆31支撑在环形支架33上，相邻两个夹紧加载液压缸32之间通过高压管道34连接，高压管道34上设置有加/泄压口35。

本发明用于霍普金森扭杆的液压环抱式锁紧与释放装置，是预贮能型霍普金森扭杆的重要组成部分，与整个扭转实验系统配合工作。

将组装后的环形支架33套于扭转入射杆4的适当位置(扭杆预扭段2)，调整环形支架固定装置36使环形支架33与扭转入射杆4同(轴)心，从加/泄压口35接出三根等长的高压管道至加压油泵和快速卸压阀门。在一切实验工作准备就绪后，启动加压油泵，记录油泵的出口压力，夹紧加载液压缸32中的活塞杆在油压的作用下向外(扭杆几何中心)运动，抱紧扭杆预扭段。然后对预扭加载液压缸13加载，载荷通过连杆机构12转换为对旋转加载盘11的扭转载荷，在此载荷作用下，扭杆预扭段产生扭转变形，从而在这一段上预贮扭转变形能。当预贮能量值达到实验者期望值时(旋转一定角度)，实验者通过高压管道的加/泄压口35对称快速卸载，作用在夹紧加载液压缸32的活塞杆上的压力快速卸载，扭杆预扭段2获得快速释放，预扭段的能量(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。

当扭转波传到试件5的界面时，一端部分反射回扭转入射杆4，一部分透射到扭转透射杆7中，分别记录扭转入射杆4和扭转透射杆7中的波形，按照霍普金森扭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的应力应变曲线。

本发明彻底地弥补了上文所述的现有预贮能型分离式霍普金森扭杆的夹紧与释放装置的三点不足之处，大大减小了实验难度、极大地提高了实验效率。

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。仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。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)

1.一种预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，包括霍普金森扭杆的扭转入射杆，其特征在于：所述扭转入射杆的扭杆预扭段上设置有扭转加载装置和液压环抱锁紧与释放装置，所述扭转加载装置包括固定装配在扭杆预扭段上的旋转加载盘，旋转加载盘通过连杆机构连接预扭加载液压缸的活塞杆；

所述液压环抱锁紧与释放装置包括环形支架和环形支架固定装置，所述环形支架的内壁上均匀环设至少三个夹紧加载液压缸，每个夹紧加载液压缸的活塞杆均朝向环形支架的几何圆心，每个夹紧加载液压缸的缸体两侧分别通过一根稳定撑杆支撑在环形支架上，相邻两个夹紧加载液压缸之间通过高压管道连接，高压管道上设置有加/泄压口。

2.根据权利要求1所述的预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，其特征在于：所述稳定撑杆通过滑套连接在缸体的活塞杆伸出端，所述滑套套在伸出缸体的活塞杆上。

3.根据权利要求1所述的预贮能式霍普金森扭杆液压环抱式锁紧与释放装置，其特征在于：连接不同夹紧加载液压缸的高压管道长度相等，加/泄压口设置在高压管道的中间位置。