CN106908312B - 一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，包括阻挡体、蜡状填充物、挡块、压环，其特征在于还包括支架、入射杆，其中，所述阻挡体为内部带有环形凸台的变径圆筒体，阻挡体内孔直径较小的一端朝向挡块，并填充有蜡状填充物，蜡状填充物与挡块紧密接触，阻挡体内孔直径较大的一端紧贴支架；挡块为沿外圆周带有若干台阶的圆筒体，挡块外径较小的一端与蜡状填充物紧密接触，挡块外径较大的一端与压环连接。本发明能够在不影响入射杆使用功能的情况下，延长缓冲作用时间，降低缓冲作用力，有效防止含能材料样品发生爆炸产生的反冲力对入射杆及加载系统的破坏，为准确测量含能材料的动态力学性能提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于含能材料实验室实验装置技术领域，涉及一种防止爆炸气体对物体产生反冲作用的防反冲装置，特别涉及一种适用于霍普金森杆试验的防入射杆反冲装置。
背景技术
含能材料在发射、侵彻等等武器正常使用时，需要承受高速率的动态载荷，在这些过程当中，含能材料的响应首先表现为力学响应，进而可能影响其起爆性质和爆轰性能。随着现代高性能武器系统的发展，对提高含能材料在各种条件下安全性的要求日益迫切，含能材料的动态力学性能研究也越来越受到重视。
霍普金森杆试验可实测材料在102～104应变率范围的应力－应变曲线，是研究材料动态力学性能最基本的实验方法之一。霍普金森杆试验中，当压缩气体驱动子弹以一定速度撞击入射杆时，产生入射脉冲载荷，试样在其加载作用下高速变形，与此同时，分别向入射杆和透射杆传播反射脉冲和透射脉冲，通过粘贴在导杆上的应变片采集脉冲信号，进而计算试样的力学性能。传统霍普金森试验时，只需在透射杆尾部加设回收系统，用于降低冲击作用对透射杆的损伤；然而，当采用霍普金森杆开展含能材料力学性能研究时，由于含能材料的特殊性，其在冲击作用下极易发生爆炸，此时，高温、高压的爆炸气体产物不仅对透射杆沿其运动方向产生产生强烈的冲击力，同时，沿入射杆运动方向的反向产生很强烈的冲击力，该反冲力作用于入射杆后，使得入射杆获得很高的反向运动速度，极易导致入射杆弯曲变形，甚至对整个加载系统造成破坏。覃金贵在博士论文“PBX炸药非冲击点火机制实验及数值模拟研究”(国防科学技术大学，2014年10月)一文中报道了一种防止入射杆反冲的缓冲结构，该缓冲结构由橡胶、泡沫组成，安装于入射杆上紧贴支撑的左侧，用于吸收反向冲击能量，但该缓冲结构作用时间短，缓冲时作用力大，使得入射杆易发生反弹，进而发生二次破坏。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，能够在不影响入射杆使用功能的情况下，延长缓冲作用时间，降低缓冲作用力，有效防止含能材料样品发生爆炸产生的反冲力对入射杆及加载系统的破坏。
本发明提供的一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，包括阻挡体、蜡状填充物、挡块、压环，其特征在于还包括支架、入射杆，其中，所述阻挡体为内部带有环形凸台的变径圆筒体，沿阻挡体内凸台的周向均布有变径通孔，该变径通孔的孔径沿远离挡块方向逐渐均匀减小；阻挡体内孔直径较小的一端朝向挡块，并填充有蜡状填充物，蜡状填充物与挡块紧密接触，阻挡体内孔直径较大的一端紧贴支架，所述支架为带有圆形通孔的T型钢制结构，支架固定于实验平台，支架上的圆形通孔用于霍普金森试验时入射杆的定位；阻挡体内部凸台处的内径与入射杆的外径相等且两者H9/g8间隙配合；所述挡块为沿外圆周带有若干台阶的圆筒体，挡块4外径较小的一端与蜡状填充物紧密接触，挡块中心通孔直径与入射杆的外径相等且两者H9/g8间隙配合，挡块外径较大的一端与压环连接；所述压环为圆环体，压环的内径与入射杆的外径相等且两者H9/g8间隙配合。
所述阻挡体内孔直径较大一端的深度与内径较小一端的深度之比约为1：1.5～2；阻挡体内凸台圆周方向变径通孔的角度约为5°～10°；挡块外径最大处的直径较阻挡体内孔直径较小端的内径小6-8mm；压环的外径与挡块外径最大处的直径之比约为1：1.5～2。
一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置各部件装配完成后，采用胶带将压环与入射杆牢固连接，当子弹撞击入射杆后，入射杆向右运动，不受反冲装置的影响；而当含能材料爆炸产生的冲击力作用于入射杆时，入射杆快速向左运动，此时，因压环和支架的阻挡作用，挡块逐渐压入阻挡体的蜡状填充物内，蜡状填充物发生形变，并沿着阻挡体内的变径通孔逐渐流向阻挡体内孔直径较大的一端，延长了缓冲的作用时间，使得入射杆的速度逐渐减小，直至为零；与此同时，因挡块外圆周带有台阶，在进入蜡状添加物的过程中，其受力面积逐渐增大，降低了缓冲时的作用力，从而能够避免入射杆发生反弹，防止含能材料样品发生爆炸产生的反冲力对入射杆及加载系统的破坏。
本发明的一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，带来的技术效果体现为：
在支架的右侧安装防反冲装置，当含能材料爆炸时，挡块逐渐压入蜡状填充物内，蜡状填充物发生形变和流动，延长了缓冲的作用时间；同时，挡块在进入蜡状添加物的过程中，其受力面积逐渐增大，降低了缓冲时作用力，从而能够避免使得入射杆发生反弹，防止含能材料样品发生爆炸产生的反冲力对入射杆及加载系统的破坏。
附图说明
图1是本发明的一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置结构示意图。
图2是本发明中阻挡体的结构示意图。
图3是本发明中挡块的结构示意图。
图中的标号分别表示：1、支架，2、阻挡体，2-1、变径通孔，3、蜡状填充物，4、挡块，5、压环，6、入射杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。
遵从上述技术方案，如图1-图3所示，本实施例给出一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，包括阻挡体2、蜡状填充物3、挡块4、压环5，其特征在于还包括支架1、入射杆6，其中，所述阻挡体2为内部带有环形凸台的变径铝制圆筒体，沿阻挡体2内凸台的周向均布有4个变径通孔2-1，该变径通孔2-1的孔径沿远离挡块4方向逐渐均匀减小，本实施例中，变径通孔2-1的角度为5°；阻挡体2内孔直径较小的一端朝向挡块4，并填充有蜡状填充物3，蜡状填充物3与挡块4紧密接触，本实施例中，蜡状填充物3选用密度为0.9g/cm3的固体石蜡；阻挡体2内孔直径较大的一端紧贴支架1，所述支架1为带有圆形通孔的T型钢制结构，支架1固定于实验平台，支架1上的圆形通孔用于霍普金森杆试验时入射杆1的定位；阻挡体2内孔直径较大一端的深度与内径较小一端的深度之比约为1：1.5～2，本实施例中，阻挡体2内孔直径较大一端的深度与内径较小一端的深度之比为1：2，阻挡体2内部凸台处的内径与入射杆6的外径相等且两者H9/g8间隙配合；所述挡块4为沿外圆周带有若干台阶的铝制圆筒体，本实施例中，挡块4外圆周上加工有2个台阶，挡块4外径较小的一端与蜡状填充物3紧密接触，挡块4中心通孔直径与入射杆6的外径相等且两者H9/g8间隙配合，挡块4外径较大的一端与压环5连接，挡块4外径最大处的直径较阻挡体2内孔直径较小端的内径小6mm；所述压环5为铝制圆环体，压环5的内径与入射杆6的外径相等且两者H9/g8间隙配合，压环5的外径与挡块4外径最大处的直径之比约为1：1.5～2，本实施例中，压环5的外径与挡块4外径最大处的直径之比为1：1.5。
所述阻挡体2为内部带有环形凸台的铝制变径圆筒体，沿阻挡体2内凸台的周向均布有4个变径通孔2-1，该变径通孔2-1的孔径沿远离挡块4方向逐渐均匀减小，变径通孔2-1的角度为5°；阻挡体2内孔直径较小的一端朝向挡块4，并填充有蜡状填充物3，蜡状填充物3与挡块4紧密接触，阻挡体2内孔直径较大的一端紧贴支架1，阻挡体2内部凸台处的内径与入射杆6的外径相等且两者H9/g8间隙配合，阻挡体2内孔直径较大一端的深度与内径较小一端的深度之比约为1：2。
所述挡块4为沿外圆周带有2个台阶的铝制圆筒体，挡块4外径较小的一端与蜡状填充物3紧密接触，挡块4中心通孔直径与入射杆6的外径相等且两者H9/g8间隙配合，挡块4外径较大的一端与压环5连接，挡块4外径最大处的直径较阻挡体2内孔直径较小端的内径小6mm。
本发明的使用方法及工作原理如下：一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置各部件装配完成后，采用胶带将压环5与入射杆6牢固连接，当子弹撞击入射杆6后，入射杆6向右运动，不受反冲装置的影响；而当含能材料爆炸产生的冲击力作用于入射杆6时，入射杆6快速向左运动，此时，因压环5和支架1的阻挡作用，挡块4逐渐压入阻挡体2的蜡状填充物3中，蜡状填充物3发生形变，并沿着阻挡体2内的变径通孔2-1逐渐流向阻挡体2内孔直径较大的一端，延长了缓冲的作用时间，使得入射杆6的速度逐渐减小，直至为零；与此同时，因挡块4外圆周带有台阶，在进入蜡状添加物3的过程中，其受力面积逐渐增大，降低了缓冲时的作用力，从而能够避免入射杆6发生反弹，防止含能材料样品发生爆炸产生的反冲力对入射杆6及加载系统的破坏。
本发明的一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，能够在不影响入射杆6使用功能的情况下，延长缓冲作用时间，降低缓冲作用力，有效防止含能材料样品发生爆炸产生的反冲力对入射杆6及加载系统的破坏，为准确测量含能材料的动态力学性能提供技术支撑。
Claims (4)
1.一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，包括阻挡体(2)、蜡状填充物(3)、挡块(4)、压环(5)，其特征在于还包括支架(1)、入射杆(6)，所述阻挡体(2)为内部凸台的变径圆筒体，沿阻挡体(2)内部凸台的周向均布有若干变径通孔(2-1)，变径通孔(2-1)的孔径沿远离挡块(4)方向逐渐均匀减小，阻挡体(2)内孔直径较小的一端朝向挡块(4)，并填充有蜡状填充物(3)，蜡状填充物(3)与挡块(4)紧密接触，阻挡体(2)内孔直径较大的一端紧贴支架(1)，阻挡体(2)内部凸台处的内径与入射杆(6)的外径相等且两者H9/g8间隙配合；所述挡块(4)为沿外圆周带有若干台阶的圆筒体，挡块(4)外径较小的一端与蜡状填充物(3)紧密接触，挡块(4)中心通孔直径与入射杆(6)的外径相等且两者H9/g8间隙配合，挡块(4)外径较大的一端与压环(5)连接；所述压环(5)为圆环体，压环(5)的内径与入射杆(6)的外径相等且两者H9/g8间隙配合。
2.如权利要求1所述一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，其特征在于，所述阻挡体(2)内孔直径较大一端的深度与内孔直径较小一端的深度之比为1：1.5～2，阻挡体(2)内部凸台圆周方向变径通孔(2-1)的角度为5°～10°。
3.如权利要求1所述一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，其特征在于，所述挡块(4)外径较大的一端直径较阻挡体(2)内孔直径较小一端的内径小6-8mm。
4.如权利要求1所述一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置，其特征在于，所述压环(5)的外径与挡块 (4)外径较大的一端直径之比为1：1.5～2。
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