CN107478501B - 一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料性能测试领域的一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置及实验方法。该保护装置包括内套筒和外套筒，内套筒与外套筒均单侧开槽，槽底部横截面为半圆形且直径与槽宽度相等，内套筒的外表面有外螺纹，与外套筒螺孔位置的内螺纹连接，且外套筒与工作杆相贴合的端面直径与工作杆相等。本发明消除了反射式霍普金森拉杆设备拉伸方向上螺纹间隙产生的实验误差，提高了实验结果的准确性，操作便捷。

Description

一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置及实验方法
技术领域
本发明属于材料性能测试领域，特别涉及一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置及实验方法。
背景技术
霍普金森压杆实验设备是目前普遍使用的研究材料在102～103s-1应变率级别下动态压缩性能的实验设备。但是，很多材料在压缩和拉伸两种应力状态下变形及断裂行为有所差异，并且通常在拉应力状态下更易发生破坏。为了评价材料的动态拉伸性能，在霍普金森压杆实验设备的基础上，人们进而开发了霍普金森拉杆实验设备。霍普金森拉杆实验设备目前主要有反射式和套筒式两种结构类型。其中，反射式霍普金森拉杆实验设备具有结构简单的优点，仅需在两个工作杆端部加工螺纹，通过调整应变片信号触发设置及采集，即可在已有霍普金森压杆设备上改造获得拉杆设备。因此，反射式霍普金森拉杆实验设备被广泛使用。
反射式霍普金森拉杆设备在试验时，试样夹持于入射杆和透射杆之间，在拉伸脉冲对试样加载之前，试样会首先被压缩脉冲加载。为了防止试样被该压缩脉冲压坏，通常采用承压环对试样进行保护。承压环套在试样外，放置在入射杆和透射杆之间；入射杆与透射杆相向压紧，实现承压环垂直工作杆轴向方向的夹持，并确保承压环的端面分别与入射杆及透射杆端面紧密贴合。承压环的面积比试样大的多，承受压缩脉冲的主要部分，从而可保证试样不被压坏，当拉伸脉冲传至时可与入射杆及透射杆脱离，从而使拉伸脉冲全部由试样承载。但是，目前使用的承压环通常会引起信号干扰问题。其原因是，试样与拉杆(入射杆、透射杆)通常采用螺纹连接，承压环被入射杆与透射杆相向压紧的同时，试样也被同时压紧。此时，试样螺纹与拉杆螺孔螺纹在压缩方向紧密贴合，在拉伸方向存在间隙。当拉伸脉冲开始加载时，拉伸方向螺纹间隙会导致试样与拉杆发生冲击接触产生干扰信号并叠加在入射波、反射波或透射波上，最终影响试验结果的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置及实验方法，其特征在于，所述装置包括内套筒和外套筒，内套筒与外套筒均单侧开槽，槽底部横截面为半圆形且直径与槽宽度相等，内套筒的外表面有外螺纹，与外套筒螺孔位置的内螺纹连接。
所述外套筒与工作杆相贴合的端面直径与工作杆相等。
所述内套筒与外套筒组合的总长度小于试样平行段长度，内套筒与外套筒长度的加和大于平行段长度。
所述内套筒和外套筒的单边槽底部横截面圆直径大于试样工作段直径。
一种反射式霍普金森拉杆试样的实验方法，采用上述保护装置，其特征在于，所述实验方法具体步骤为：
(1)将待测试样两端的螺纹分别旋入入射杆和透射杆的螺孔，直至入射杆和透射杆两个端面之间只保留待测试样工作段部分；
(2)将内套筒旋入外套筒螺孔底部，并使内套筒与外套筒的单边槽对齐；
(3)将组合完毕的内外套筒放置于入射杆和透射杆之间，使待测试样的工作段部分放置于内外套筒的单边槽之内；
(4)将外套筒与入射杆相接触的端面完全对齐，旋出内套筒，使内套筒与透射杆、以及外套筒与入射杆相互接触的端面完全压紧贴合，完成安装，开展常规的动态拉伸试验。
本发明的有益效果为：
结构简单，通过保护装置自身的螺纹结构使入射杆和透射杆在待测试样两端产生张力，从而消除拉伸方向螺纹间隙，操作便捷。
附图说明
图1是一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置的分解视图；
附图1标记说明：1-内套筒 2-外套筒
图2是一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置安装在霍普金森拉杆试验装置上的示意图；
附图2标记说明：1-内套筒 2-外套筒 3-待测试样 4-入射杆5-透射杆
具体实施方式
本发明提供了一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置及实验方法，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置如附图1所示，保护装置包括内套筒1和外套筒2，内、外套筒均单侧开槽，槽底部横截面为半圆形且直径与槽宽度相等，其中内套筒1外表面有外螺纹，外套筒2内设螺孔，螺孔内有内螺纹。
一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置安装在霍普金森拉杆试验装置上，如附图2所示，待测试样3和入射杆4、透射杆5通过螺纹连接固定，入射杆4和投射杆5两个端面间的中间段为待测试样3工作段，内套筒1旋入外套筒2螺孔、单边槽对齐组成保护装置，待测试样3工作段置于保护装置的单边槽内，内套筒1与透射杆5端面、外套筒2与入射杆4端面完全压紧贴合。
实施例1
待测试样3采用圆柱拉伸试样，试样总长度40mm，试样工作段直径4mm，平行段长度20mm，夹持端螺纹M8。
内套筒1与外套筒2单侧开槽，单边槽宽度5mm，底部横截面圆直径5mm。内套筒1外表面螺纹M10，内套筒1总长度10mm；外套筒2螺孔内螺纹M10，螺孔深度9mm，外套筒总长度15mm，外套筒2与入射杆相接触的端面直径为14.5mm；内套筒1完全旋入外套筒2螺孔底部时，内套筒1与外套筒2组合的总长度为19mm。
利用工作杆直径为14.5mm的反射式霍普金森拉杆实验设备对上述试样进行动态拉伸试验，具体步骤如下：
(1)首先将待测试样3两端的螺纹分别旋入入射杆4和透射杆5的螺孔，直至入射杆4和透射杆5两个端面之间只保留待测试样工作段部分；
(2)将上述的内套筒1旋入外套筒2螺孔底部，并使内套筒与外套筒的单边槽对齐；
(3)将组合完毕的内套筒1和外套筒2放置于入射杆4和透射杆5之间，使待测试样的工作段部分放置于内套筒1和外套筒2组合的单边槽之内；
(4)将外套筒2与入射杆4相接触的端面完全对齐，旋出内套筒1，使内套筒1与透射杆5、以及外套筒2与入射杆4相互接触的端面完全压紧贴合，完成安装，开展常规的动态拉伸试验。

Claims (5)

1.一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置，其特征在于，所述装置包括内套筒和外套筒，内套筒与外套筒均单侧开槽，槽底部横截面为半圆形且直径与槽宽度相等，内套筒的外表面有外螺纹，与外套筒螺孔位置的内螺纹连接；
内套筒旋入外套筒螺孔内，内套筒和外套筒单边槽对齐后组成保护装置，待测试样工作段置于保护装置的单边槽内，内套筒与透射杆端面、外套筒与入射杆端面完全压紧贴合。
2.根据权利要求1所述的一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置，其特征在于，所述外套筒与工作杆相贴合的端面直径与工作杆相等。
3.根据权利要求1所述的一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置，其特征在于，所述内套筒与外套筒组合的总长度小于试样平行段长度，内套筒与外套筒长度的加和大于平行段长度。
4.根据权利要求1所述的一种反射式霍普金森拉杆试样的保护装置，其特征在于，所述内套筒和外套筒的单边槽底部横截面圆直径大于试样工作段直径。
5.一种反射式霍普金森拉杆试样的实验方法，采用权利要求1-4任一项所述保护装置，其特征在于，所述实验方法具体步骤为：
(1)将待测试样两端的螺纹分别旋入入射杆和透射杆的螺孔，直至入射杆和透射杆两个端面之间只保留待测试样工作段部分；
(2)将内套筒旋入外套筒螺孔底部，并使内套筒与外套筒的单边槽对齐；
(3)将组合完毕的内外套筒放置于入射杆和透射杆之间，使待测试样的工作段部分放置于内外套筒的单边槽之内；
(4)将外套筒与入射杆相接触的端面完全对齐，旋出内套筒，使内套筒与透射杆、以及外套筒与入射杆相互接触的端面完全压紧贴合，完成安装，开展常规的动态拉伸试验。
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