CN105823678A - 一种霍普金森压杆阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种霍普金森压杆阻尼器，包括阻尼筒、阻尼杆，阻尼筒中心设有一端开口的空腔，阻尼杆内端插入空腔内，空腔内还设置有推进板和阻尼弹簧，阻尼弹簧位于推进板和阻尼杆内端之间，阻尼杆上在靠近内端的部位设置有环形限位槽，阻尼筒上沿其轴线方向不同位置设置有两组弹簧锁机构，当阻尼杆运动至其环形限位槽与弹簧锁紧机构的锁紧段前端相对应时即可实现阻尼杆的锁紧。本发明相比现有技术具有以下优点：抗压性能好、受压变形小、吸能效率高、使用寿命长、各部件独立性强，适用于不同弹速、不同杆质、不同杆长、不同杆径和不同测试试件长度下的霍普金森压杆实验。

Description

一种霍普金森压杆阻尼器

技术领域

本发明涉及材料的动态力学性能测试设备技术领域，尤其涉及的是一种霍普金森压杆阻尼器。

背景技术

霍普金森压杆实验方法是研究中高弹速下材料的力学性能最主要、最可靠的实验方法，是爆炸与冲击动力学实验技术的重要组成部分。利用霍普金森杆不仅可以实现高弹速下单轴拉伸、压缩、剪切加载，而且还发展了动态压-剪复合加载，主、被动围压等复杂加载，以及中弹速加载，对于科学的发展和工程实际的应用都起着非常重要的作用。

分离式霍普金森压杆实验测试系统通常由入射杆、透射杆、吸收杆以及缓冲装置组成，其工作原理主要是高速弹体与入射杆碰撞后，入射杆通过夹在入射杆和透射杆之间的试件将撞击力传递到透射杆上，再通过透射杆与吸收杆的撞击，传递到吸收杆上，最后传递到缓冲装置上。阻尼器很多时候可以将吸收杆以及缓冲装置的功能融合在一起，此时阻尼器应当具有抗压性能好、受压变形小、吸能效率高、使用寿命长等特点。目前常用的阻尼器种类有：橡胶阻尼器、泡沫阻尼器、木质阻尼器、混凝土阻尼器、弹簧阻尼器，还有相关专利中设计的空气阻尼器、多层物质组合的阻尼器等，上述的各种类型的阻尼器都能满足阻尼器的部分要求，但是很难兼顾到更多。例如橡胶阻尼器、泡沫阻尼器、木质阻尼器这三类阻尼器的吸能效率高，取材简单，制造成本较低，但是抗压性能好不是很好、受压变形较大并且使用寿命很短，需要频繁更换；混凝土阻尼器，抗压性能好、受压变形小，但是吸能效率不高，且容易损坏；弹簧阻尼器，吸能效率高、使用寿命长，但是受压变形大，透射杆、吸收杆会在支座上来回滑动，造成杆件表面磨损严重，且对透射杆造成二次撞击，额外的数据将增加电脑的内存；空气阻尼器、多层物质组合的阻尼器，很好地解决了吸能效率低、抗压性能差的问题，但是对于其气密性、使用寿命等问题还是难以解决。

上述各种类型的阻尼器长度和端面一般都是固定的，而入射杆、透射杆的长度和直径(常见50mm、74mm和100mm)、测试试件的长度是变化的。当入射杆、透射杆的长度或测试试件的长度过长，会导致试件难以安放甚至无法安放；当入射杆、透射杆的长度或测试试件的长度过短，会导致透射杆与阻尼器之间的距离过长，在撞击和复位的过程中透射杆滑动的距离过长，对透射杆表面产生较大的磨损，影响其使用性能；当阻尼器的金属端面过大，在撞击过程中，很容易造成透射杆产生墩粗、弯曲等塑性变形；当阻尼器的金属端面过小，在撞击过程中，很容易将透射杆打出豁口或凹坑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种霍普金森压杆阻尼器，阻尼器抗压性能好、受压变形小、吸能效率高、使用寿命长、各部件独立性强、操作简单，适用于不同弹速、不同杆质、不同杆长、不同杆径和不同测试试件长度下的霍普金森压杆实验。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种霍普金森压杆阻尼器，包括阻尼筒、阻尼杆，所述阻尼筒中心设有一端开口的空腔，所述阻尼杆内端插入所述空腔内、外端设置有缓冲套，所述空腔内还设置有推进板和阻尼弹簧，所述阻尼弹簧位于所述推进板和所述阻尼杆内端之间，所述推进板通过推进机构带动其沿着所述阻尼弹簧的轴线方向来回移动，所述阻尼杆上在靠近内端的部位设置有环形限位槽，所述阻尼筒上沿其轴线方向不同位置设置有两组弹簧锁机构，所述弹簧锁机构包括锁体、按压杆、弹簧，所述按压杆由依次连接的按压段、连接段和锁紧段组成，所述按压段和锁紧段分别位于所述连接段的两侧，且所述锁紧段和连接段的连接处形成钝角，所述按压杆的连接段与所述锁体转动连接，且所述锁紧段伸入所述空腔内，所述按压段位于所述阻尼筒外，当所述阻尼杆运动至其环形限位槽与所述弹簧锁紧机构的锁紧段前端相对应时即可实现阻尼杆的锁紧。

所述阻尼筒在远离所述阻尼杆的一端设有一段螺纹轴，所述螺纹轴外螺纹连接有阻尼轴套。

所述推进机构包括推进螺母，所述阻尼筒外设有一段推进螺纹段，所述推进螺母套设在所述阻尼筒外且与所述推进螺纹段进行螺纹连接，所述阻尼筒上设置有沿轴线方向延伸的滑槽，所述推进板的两端通过所述滑槽伸出所述阻尼筒外且能沿着所述滑槽来回移动，所述推进螺母与所述推进板相接触，且所述推进螺母位于所述推进板远离所述阻尼弹簧的一端。

每组弹簧锁机构包括沿所述阻尼筒同一圆周上不同位置分布的两个弹簧锁机构。

所述环形限位槽在远离所述阻尼弹簧的一端的侧壁呈倾斜状，且所述环形限位槽的侧壁与所述底壁形成的角为钝角；所述环形限位槽另一端的侧壁与所述底壁形成的角为直角。

所述缓冲套包括相连接的缓冲垫和连接套筒，所述缓冲垫呈外大内小的圆台状，所述缓冲套通过所述连接套筒套装在所述阻尼杆的外端。

所述推进螺母由相对称的上半部和下半部组成，所述上半部和下半部的连接处通过螺栓固定连接。

所述推进螺母的外轮廓呈正六边形。

所述阻尼轴套外固定套装有夹套，所述夹套的外轮廓呈正六边形。

所述阻尼筒固定在两个支座上，所述支座包括底座和位于支座上方的上盖，所述底座上端设有下半圆形槽，所述上盖下端设有上半圆形槽，所述上盖和所述底座的连接处通过螺栓固定连接，共同形成用于固定阻尼筒的圆形槽，所述底座底部两端设有两个支撑板，所述支撑板上设有螺纹孔。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的阻尼器集吸收杆和缓冲装置于一体，多功能相结合符合现代设计理念；

不同的实验条件对阻尼器的长度有不同的要求，通过旋转阻尼轴套，控制阻尼轴套与阻尼筒之间的距离来调节阻尼器的长短，一方面可以节约成本，另一方面可以适应不同长度的入射杆、透射杆或不同测试试件长度的实验条件；

不同阻尼弹簧的长短会产生不同的初始弹性力，通过旋转推进螺母，由推进螺母带动推进板的移动来调节阻尼器阻尼弹簧的长短，根据实际需要调整阻尼弹簧的长短从而适应不同弹速下的实验条件；

不同材质的试件需要不同的杆子来做实验，不同材质的杆子需要配合相应的缓冲套，防止因波阻抗的差距过大造成构件的损坏，通过选择不同材质的缓冲套，从而适应不同材质的入射杆、透射杆的实验条件；

当阻尼器的金属端面过大，在撞击过程中，很容易造成透射杆产生墩粗、弯曲等塑性变形；当阻尼器的金属端面过小，在撞击过程中，很容易将透射杆打出豁口或凹坑。通过选择不同尺寸的缓冲套，从而适应不同直径的入射杆、透射杆的实验条件；

具有较大的倔强系数的阻尼弹簧能够承受较大的冲击荷载，抗压性能好。弹簧结构吸收能量的效率高，透射杆的冲击动能大部分转化成阻尼弹簧的弹性势能，只有少部分经过弹簧锁传递到阻尼器上，且阻尼筒和阻尼轴套是由高强度钢材制成，受压变形小；同时还具有使用寿命长、各部件独立性强、操作简单等优点。

附图说明

图1为本发明的阻尼器结构示意图；

图2为本发明的阻尼筒部分纵向剖视图；

图3为本发明的阻尼筒结构示意图；

图4为本发明的阻尼杆系列剖视图；

图5为本发明的阻尼轴套结构示意图；

图6为本发明的阻尼杆结构示意图；

图7为本发明的缓冲套结构示意图；

图8为本发明的弹簧锁纵向剖视图；

图9为本发明的弹簧锁结构示意图；

图10为本发明的推进板纵向剖视图；

图11为本发明的推进板平面图；

图12为本发明的支座端面剖视图；

图13为本发明的推进螺母端面剖视图；

图14为本发明的夹套端面剖视图；

图15为本发明的阻尼器工作之前状态的横向剖视图；

图16为本发明的阻尼器工作之后状态的纵向剖视图。

上图中序号：阻尼筒1、滑槽101、弹簧锁后端槽孔102、弹簧锁前端槽孔103、螺纹轴104、空腔105、推进螺纹段106、阻尼杆2、环形限位槽201、阻尼杆前轴202、阻尼弹簧3、推进柱4、缓冲套5、缓冲垫501、连接套筒内径部502、连接套筒外径部503、阻尼轴套6、轴套内螺纹601、推进板7、推进板槽701、推进板栓702、推进板侧板703、弹簧锁8、按压杆801、锁轴802、锁体803、弹簧锁限位孔804、弹簧805、推进螺母9、推进螺母内侧螺纹901、推进螺母空腔902、推进螺母螺纹孔903、夹套10、夹套内侧细致锉纹结构1001、夹套空腔1002、夹套螺纹孔1003、支座11、底座1101、圆形槽1102、支座竖向螺纹孔1103、支座内侧细致锉纹结构1104、支座侧向螺纹孔1105。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例公开了一种霍普金森压杆阻尼器，包括阻尼筒1、阻尼杆2，阻尼筒1中心设有一端开口的空腔105，阻尼筒1在远离阻尼杆2的一端设有一段螺纹轴104，螺纹轴104外螺纹连接有阻尼轴套6，阻尼轴套6外固定套装有夹套10，夹套10的外轮廓呈正六边形。

阻尼杆2内端插入空腔105内、外端设置有缓冲套5，空腔105内还设置有推进板7和阻尼弹簧3，阻尼弹簧3位于推进板7和阻尼杆2内端之间，推进板7通过推进机构带动其沿着阻尼弹簧3的轴线方向来回移动，推进机构包括推进螺母9，阻尼筒1外设有一段推进螺纹段106，推进螺母9套设在阻尼筒1外且与推进螺纹段106进行螺纹连接，阻尼筒1上设置有沿轴线方向延伸的滑槽101，推进板7的两端通过滑槽101伸出阻尼筒1外且能沿着滑槽101来回移动。推进螺母9外轮廓呈正六边形，由相对称的上半部和下半部组成，上半部和下半部的连接处通过螺栓固定连接。推进螺母9与推进板7相接触，且推进螺母9位于推进板7远离阻尼弹簧3的一端。缓冲套5包括相连接的缓冲垫501和连接套筒，缓冲垫501呈外大内小的圆台状，缓冲套5通过连接套筒套装在阻尼杆2的外端。

具体设置中,阻尼杆2上在靠近内端的部位设置有环形限位槽201，环形限位槽201在远离阻尼弹簧3的一端的侧壁呈倾斜状，且环形限位槽201的侧壁与底壁形成的角为钝角；环形限位槽201另一端的侧壁与底壁形成的角为直角。

具体设置中,阻尼筒1上沿其轴线方向不同位置设置有两组弹簧锁机构，弹簧锁机构包括锁体803、按压杆801、弹簧805，按压杆801由依次连接的按压段、连接段和锁紧段组成，按压段和锁紧段分别位于连接段的两侧，且锁紧段和连接段的连接处形成钝角，按压杆801的连接段与锁体803转动连接，且锁紧段伸入空腔105内，按压段位于阻尼筒1外，每组弹簧锁机构包括沿阻尼筒1同一圆周上不同位置分布的两个弹簧锁机构。当阻尼杆2运动至其环形限位槽201与弹簧锁机构的锁紧段前端相对应时即可实现阻尼杆2的锁紧。

具体设置中,阻尼筒1固定在两个支座11上，支座11包括底座1101和位于底座1101上方的上盖，底座1101上端设有下半圆形槽，上盖下端设有上半圆形槽，上盖和底座1101的连接处通过螺栓固定连接，共同形成用于固定阻尼筒1的圆形槽1102，底座1101底部两端设有两个支撑板，支撑板上设有螺纹孔1103。

本实施例提供的一种霍普金森压杆阻尼器的安装过程如下：

参见图1、图10和图11，将推进板槽701从侧面插进滑槽101，然后将推进板栓702放入推进板槽701中，之后敲击直到紧固；

参见图4，依次将推进柱4、阻尼弹簧3、阻尼杆2从空腔105处穿入；

参见图1、图8、图9、图15和图16，依次将四个弹簧锁8通过螺栓固定在弹簧锁后端槽孔102、弹簧锁前端槽孔103处，然后将阻尼杆2往空腔105里挤压，直到出现弹簧锁前端槽孔103处的按压杆801处于张开状态。之后将推进螺母9连接到阻尼筒1上，与推进螺纹段106紧密配合；

参见图1、图5和图14，将夹套10通过螺栓连接到阻尼轴套6上，然后将阻尼轴套6通过螺纹轴104与阻尼筒1连接；

参见图1、图12，先将两个底座1101放在霍普金森实验支座上，然后将连接后阻尼筒1放在底座1101的圆形槽1102中，之后用通过螺栓实现支座11与阻尼筒1的连接；

参见图1和图5，调整阻尼器的长度，即通过旋转阻尼轴套6实现阻尼器的伸缩，将阻尼轴套6的后端抵在霍普金森实验支座的端头隔板上，然后通过支座侧向螺纹孔1105实现螺栓与霍普金森实验支座的侧向挤压，从而能够固定住阻尼器。

本实施例提供的一种霍普金森压杆阻尼器的工作过程如下：

参见图15，将阻尼杆2的环形限位槽201与弹簧锁前端槽孔103处的按压杆801下端相贴合，表现为弹簧锁后端槽孔102处的按压杆801闭合，弹簧锁前端槽孔103处的按压杆801张开；

参见图1和图7，根据透射杆的直径，选择合适的缓冲套5，套在阻尼杆前轴202处；

参见图1和图5，用相应的扳手控制夹套10，通过旋转阻尼轴套6实现阻尼器长度的控制，达到设计长度后，拧紧支座侧向螺纹孔1105处的螺栓，使得阻尼器能够固定在霍普金森实验支座上；

参见图1和图15，用相应的扳手控制推进螺母9，通过旋转推进螺母9实现阻尼弹簧3的松紧，在不知道冲击效应大小的条件下，尽量将阻尼弹簧3调松一点；

参见图1和图16，进行霍普金森实验试打，即不加试件进行实验，得到的结果不外乎三种情况：(1)弹簧锁后端槽孔102处的按压杆801张开且阻尼器发出较大的响声(或看到阻尼杆2插入的太深)，这是由于阻尼弹簧3调的太松，阻尼杆2插入阻尼筒1太深，导致阻尼弹簧3的部分弹性势能转化成阻尼杆2的动能，通过与按压杆801下端处碰撞得以释放，此时需要将阻尼弹簧3调紧一点；(2)弹簧锁后端槽孔102处的按压杆801张开且阻尼器发出较小的响声(或看到阻尼杆2插入的很浅)，此时不需要调节；(3)弹簧锁后端槽孔102处的按压杆801闭合，说明环形限位槽201还没有到达弹簧锁后端槽孔102位置，此时需要将阻尼弹簧3调松一点。经过一两次尝试，可以调节好阻尼弹簧3的松紧度；

参见图1、图15和图16，装上试件进行实验，待每次实验结束后，取下试件，将弹簧锁后端槽孔102处的按压杆801按压下去，在阻尼弹簧3弹性力的作用下可以推着霍普金森透射杆恢复原位，此时弹簧锁前端槽孔103处的按压杆801处于张开状态。对于本次所发明的阻尼器，每次实验只需要按压弹簧锁后端槽孔102处的按压杆801即可实现对阻尼器的控制。

霍普金森压杆实验，在同一个弹速下的不需要每次都调节阻尼弹簧3的松紧，所以同一弹速下可以做多组实验；对于不同弹速下，需要对阻尼弹簧3的松紧进行适当调节。调节的规律是弹速越大，调的越紧；弹速越小，调的越松。调节方法如前面所述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：包括阻尼筒、阻尼杆，所述阻尼筒中心设有一端开口的空腔，所述阻尼杆内端插入所述空腔内、外端设置有缓冲套，所述空腔内还设置有推进板和阻尼弹簧，所述阻尼弹簧位于所述推进板和所述阻尼杆内端之间，所述推进板通过推进机构带动其沿着所述阻尼弹簧的轴线方向来回移动，所述阻尼杆上在靠近内端的部位设置有环形限位槽，所述阻尼筒上沿其轴线方向不同位置设置有两组弹簧锁机构，所述弹簧锁机构包括锁体、按压杆、弹簧，所述按压杆由依次连接的按压段、连接段和锁紧段组成，所述按压段和锁紧段分别位于所述连接段的两侧，且所述锁紧段和连接段的连接处形成钝角，所述按压杆的连接段与所述锁体转动连接，且所述锁紧段伸入所述空腔内，所述按压段位于所述阻尼筒外，当所述阻尼杆运动至其环形限位槽与所述弹簧锁紧机构的锁紧段前端相对应时即可实现阻尼杆的锁紧。

2.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述阻尼筒在远离所述阻尼杆的一端设有一段螺纹轴，所述螺纹轴外螺纹连接有阻尼轴套。

3.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述推进机构包括推进螺母，所述阻尼筒外设有一段推进螺纹段，所述推进螺母套设在所述阻尼筒外且与所述推进螺纹段进行螺纹连接，所述阻尼筒上设置有沿轴线方向延伸的滑槽，所述推进板的两端通过所述滑槽伸出所述阻尼筒外且能沿着所述滑槽来回移动，所述推进螺母与所述推进板相接触，且所述推进螺母位于所述推进板远离所述阻尼弹簧的一端。

4.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：每组弹簧锁机构包括沿所述阻尼筒同一圆周上不同位置分布的两个弹簧锁机构。

5.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述环形限位槽在远离所述阻尼弹簧的一端的侧壁呈倾斜状，且所述环形限位槽的侧壁与所述底壁形成的角为钝角；所述环形限位槽另一端的侧壁与所述底壁形成的角为直角。

6.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述缓冲套包括相连接的缓冲垫和连接套筒，所述缓冲垫呈外大内小的圆台状，所述缓冲套通过所述连接套筒套装在所述阻尼杆的外端。

7.如权利要求3所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述推进螺母由相对称的上半部和下半部组成，所述上半部和下半部的连接处通过螺栓固定连接。

8.如权利要求3所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述推进螺母的外轮廓呈正六边形。

9.如权利要求2所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述阻尼轴套外固定套装有夹套，所述夹套的外轮廓呈正六边形。

10.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆阻尼器，其特征在于：所述阻尼筒固定在两个支座上，所述支座包括底座和位于支座上方的上盖，所述底座上端设有下半圆形槽，所述上盖下端设有上半圆形槽，所述上盖和所述底座的连接处通过螺栓固定连接，共同形成用于固定阻尼筒的圆形槽，所述底座底部两端设有两个支撑板，所述支撑板上设有螺纹孔。