CN106442166A - 霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置及方法，属于冲击动力学实验领域。该装置包括高温炉，高温炉炉体内设有加热元件；所述炉体为圆柱筒，炉体上部设有两个孔，下部与观察窗连接，观察窗为椭圆形，炉体下部开口与观察窗焊接为一体，观察窗用盖板封闭；炉体左右两端分别与端盖连接；所述端盖为圆形，端盖中心设有通孔，霍普金森扭杆试件从通孔插入到炉体内，端盖靠近通孔处设有一圈圆环形凸棱，与炉体的左右两端配合；通过上述装置可研究温度对试件材料不同扭转速率下的影响。本发明克服了高温动态扭转实验中试件加热的复杂性以及传统实验设备的不足，使热量能够传递至试件上，均匀加热；且实现了试件材料的高温扭转实验的简易操作。

Description

霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置及方法，属于冲击动力学实验领域。
背景技术
在金属材料的高温动态扭转实验中，扭转试样的加热是一个较难解决的问题。合金材料作为一种电热的良导体材料，不可能通过直接加热的方式实现，并且必须考虑试件热传导问题，以及如何对试件进行保温。所以高温动态扭转实验中，试件的加热必须考虑以下问题：①加热时试件的热散失达到最小；②在加热的同时需要对试件进行良好的保温，使其内外壁的温度能到保持均匀，从而达到良好的实验结果；③保证试件与加热元件的绝缘，避免短路造成危险。
发明内容
本发明旨在提供一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，克服了高温动态扭转实验过程中试件加热的复杂性以及传统实验设备的不足，使热量能够传递至试件上，并且对试件进行保温使温度达到均匀。本发明还提供了上述装置的实验方法。
本发明提供了一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，包括高温炉，高温炉炉体内设有加热元件；所述炉体为圆柱筒，炉体上部设有两个孔，下部与观察窗连接，观察窗为椭圆形，炉体下部开口与观察窗焊接为一体，观察窗用盖板封闭；炉体左右两端分别与端盖连接；所述端盖为圆形，端盖中心设有通孔，霍普金森扭杆试件从通孔插入到炉体内，端盖靠近通孔处设有一圈圆环形凸棱，与炉体的左右两端配合；所述盖板为椭圆形，中部设有凸块，凸块与观察窗配合同时缩小炉内体积以便保温。
上述装置中，所述加热元件为镍铬电热丝，型号为Ni20Cr80；电热丝引线从炉体上方的孔内穿出，与外部电源连接。加热丝绕成线圈形，试件从线圈形加热丝中心穿过以达到均匀加热的目的。
上述装置中，所述高温炉炉体的材质为镍基合金，高温炉温度能达到1300℃以上。
本发明提供的装置，加热元件（镍铬电热丝）由观察窗装入到炉体中并露出电热丝的引脚便于接线。加热过程中，试件由端盖插入到炉体内部，穿过电热丝，用盖板将观察窗关闭，加热一段时间后可以通过观察窗来观察试件的加热情况以确定是否继续加热。
本发明提供了一种采用上述装置进行霍普金森杆高温冲击扭转实验的方法，包括以下步骤：
（1）首先调节霍普金森杆入射杆与透射杆的水平度与同轴度，并检查两个杆上的应变片是否粘好，地线是否接紧；
（2）将应变片分别连接到桥盒，并将桥盒、超动态应变仪、高速数据采集器、电脑连接；
（3）将试件由端盖穿过电热丝插入到高温炉炉体内部，试件两端与霍普金森杆装置的入射杆和透射杆通过胶粘固定；
（4）再次检查霍普金森扭杆入射杆与透射杆的水平度与同轴度，去除由于胶粘粘合造成的误差；
（5）进行加载：将入射杆中间部位的夹紧装置夹紧，在入射杆的一端预加扭矩；
所述夹紧装置是霍普金森扭杆实验设备的一部分，在入射杆靠近试件的位置，在加载扭矩之前需要用其将入射杆加紧以储存扭矩；
（6）打开超动态应变仪、高速数据采集器与计算机Datalab数据采集软件，单击采集工具按钮；
（7）瞬间释放入射杆的夹紧装置进行试验，并将原始数据存盘；
（8）去除胶粘剂，取出试件；
（9）改变温度，重复上述步骤（3）~（8），可研究温度对试件材料不同扭转速率下的影响。
上述实验方法中，所述试件为实心圆柱体或空心圆管，试件的直径小于或等于入射杆、透射杆的直径，长度大于高温炉炉体的长度。
本发明的有益效果：
（1）高温炉可重复使用，且隔热效果良好；
（2）试件安装方便，加热均匀，在保证实验过程准确性的同时，有效对试件进行加热及保温；
（3）本发明实现了试件材料的高温扭转实验的简易操作。
附图说明
图1为本发明装置的装配图。
图2为高温炉炉体的结构示意图。
图3为端盖的结构示意图。
图4为盖板的结构示意图。
图中1为高温炉炉体，2为引线，3为观察窗，4为端盖，5为盖板。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：
如图1~4所示，一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，包括高温炉，高温炉炉体1内设有加热元件；所述炉体为圆柱筒，炉体上部设有两个孔，下部与观察窗3连接，观察窗3为椭圆形，炉体下部开口与观察窗3焊接为一体，观察窗3用盖板5封闭；炉体左右两端分别与端盖4连接；所述端盖4为圆形，端盖4中心设有通孔，霍普金森扭杆试件从通孔插入到炉体内，端盖4靠近通孔处设有一圈圆环形凸棱，左、右端盖分别与炉体的左右两端配合；所述盖板5为近似椭圆形，中部设有凸块，凸块与观察窗3配合同时缩小炉内体积以便保温，盖板与观察窗扣合以密闭高温炉。
上述装置中，所述加热元件为镍铬电热丝，型号为Ni20Cr80；电热丝引线2从炉体上方的孔内穿出，与外部电源连接。
上述装置中，所述高温炉炉体1的材质为镍基合金，高温炉温度能达到1300℃以上。
本发明提供的装置，加热元件（镍铬电热丝）由观察窗装入到炉体中并露出电热丝的引脚便于接线。加热过程中，试件由端盖插入到炉体内部，穿过电热丝，用盖板将观察窗关闭，加热一段时间后可以通过观察窗来观察试件的加热情况以确定是否继续加热。
本发明提供了一种采用上述装置进行霍普金森杆高温冲击扭转实验的方法，包括以下步骤：
（1）首先调节霍普金森杆入射杆与透射杆的水平度与同轴度，并检查两个杆上的应变片是否粘好，地线是否接紧；
（2）将应变片分别连接到桥盒，并将桥盒、超动态应变仪、高速数据采集器、电脑连接；
（3）将试件由端盖穿过电热丝插入到高温炉炉体内部，试件两端与霍普金森杆装置的入射杆和透射杆通过胶粘固定；
（4）再次检查霍普金森扭杆入射杆与透射杆的水平度与同轴度，去除由于胶粘粘合造成的误差；
（5）进行加载：将入射杆中间部位的夹紧装置夹紧，在入射杆的一端预加扭矩；
（6）打开超动态应变仪、高速数据采集器与计算机Datalab数据采集软件，单击采集工具按钮；
（7）瞬间释放入射杆的夹紧装置进行试验，并将原始数据存盘；
（8）去除胶粘剂，取出试件；
（9）改变温度，重复上述步骤（3）~（8），可研究温度对试件材料不同扭转速率下的影响。
本次实验用的试件是空心圆管，试件外径等于入射杆及透射杆的直径，长度要大于高温炉炉体的长度。

Claims (6)

1.一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，其特征在于：包括高温炉，高温炉炉体内设有加热元件；所述炉体为圆柱筒，炉体上部设有两个孔，下部与观察窗连接，观察窗为椭圆形，炉体下部开口与观察窗焊接为一体，观察窗用盖板封闭；炉体左右两端分别与端盖连接；所述端盖为圆形，端盖中心设有通孔，霍普金森扭杆试件从通孔插入到炉体内，端盖靠近通孔处设有一圈圆环形凸棱，与炉体的左右两端配合；所述盖板为椭圆形，中部设有凸块，凸块与观察窗配合同时缩小炉内体积以便保温。
2.根据权利要求1所述的霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，其特征在于：所述加热元件为镍铬电热丝，型号为Ni20Cr80；电热丝引线从炉体上方的孔内穿出，与外部电源连接。
3.根据权利要求2所述的霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，其特征在于：所述加热丝绕成线圈形，试件从线圈形加热丝中心穿过。
4.根据权利要求1所述的霍普金森杆高温冲击扭转实验的装置，其特征在于：所述高温炉炉体的材质为镍基合金，高温炉温度能达到1300℃以上。
5.一种霍普金森杆高温冲击扭转实验的方法，采用权利要求1~4任一项所述的装置进行，其特征在于：包括以下步骤：
（1）首先调节霍普金森杆入射杆与透射杆的水平度与同轴度，并检查两个杆上的应变片是否粘好，地线是否接紧；
（2）将应变片分别连接到桥盒，并将桥盒、超动态应变仪、高速数据采集器、电脑连接；
（3）将试件由端盖穿过电热丝插入到高温炉炉体内部，试件两端与霍普金森杆装置的入射杆和透射杆通过胶粘固定；
（4）再次检查霍普金森扭杆入射杆与透射杆的水平度与同轴度，去除由于胶粘粘合造成的误差；
（5）进行加载：将入射杆中间部位的夹紧装置夹紧，在入射杆的一端预加扭矩；
（6）打开超动态应变仪、高速数据采集器与计算机Datalab数据采集软件，单击采集工具按钮；
（7）瞬间释放入射杆的夹紧装置进行试验，并将原始数据存盘；
（8）去除胶粘剂，取出试件；
（9）改变温度，重复上述步骤（3）~（8），可研究温度对试件材料不同扭转速率下的影响。
6.根据权利要求5所述的霍普金森杆高温冲击扭转实验的方法，其特征在于：所述试件为实心圆柱体或空心圆管，试件的直径小于或等于入射杆、透射杆的直径，长度大于高温炉炉体的长度。
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