CN107505215A - 一种冲击试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提公开了一种冲击试验装置,包括发射装置、玻璃罩、设于玻璃罩内的试件挡板和设于玻璃罩外侧面的高速摄像机,所述发射装置包括外圆筒、电动推杆、高强度弹簧和发射筒,所述电动推杆固定安装于外圆筒的尾端,高强度弹簧安装于外圆筒内的前端,高强度弹簧两端分别与电动推杆和圆盘活塞相连,发射筒的尾端与外圆筒对接,发射筒的前端正对玻璃罩内的试件挡板,圆盘活塞可在外圆筒与发射筒组成圆形通道内自由滑动,发射筒内圆盘活塞前端用于放置待测试的圆柱形试件,圆盘活塞的侧面设有插孔,所述发射筒的前端部设有可插入插孔内的手动插销。本发明可根据试验结果分析混凝土和岩石动态冲击特性,即破裂破碎特征和二次弹射情况。

Description

一种冲击试验装置
技术领域
本发明涉及一种混凝土、岩石试件冲击装置,特别是涉及一种冲击试验装置。
背景技术
混凝土和岩石作为人类工程中最常用的材料,许多人为以及自然灾害都跟它们动态冲击特性紧密相关。比如,随着城市危险品仓库的日益增多,其一旦发生爆炸,产生的钢筋混凝土碎片在强大爆炸冲击波荷载作用下,将获得极高的抛射速度,从而对周围临近的建筑物和人造成巨大的伤害。再如,随着人类对自然环境的扰动加剧,滚石发生的频率和规模也越来越大,特别是我国西部地区山高谷深,滚石在滑落过程中将获得极高的冲击速度,从而对其危害范围内的各种构筑物以及人群产生极大威胁。因此,为了安全以及减轻损失,有必要对混凝土和岩石的动态冲击特性,特别是其在不同冲击速度下对不同冲击物的冲击特性(破裂破碎特征以及二次弹射情况)进行全面研究。
霍普金森杆试验技术是目前研究高应变率下材料力学性能的最主要、可靠的试验方法,是爆炸与冲击动力学试验技术的重要组成部分;若利用现有的霍普金森杆试验技术研究混凝土和岩石的动态冲击特性,虽能研究混凝土和岩石的动态力学特性,但该试验技术不能精确控制冲击速度,且试验试件受输出杆限制无法研究二次弹射特性以及对不同冲击物的冲击特性研究;因此,需要设计一种将试验试件作为主动冲击物的试验装置,且可精确控制试件冲击速度和产生二次弹射。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现可控制试件发射速度、利用高速摄像机观察混混凝土或岩石制成的圆柱形试件的动态冲击特性(破裂破碎特征以及二次弹射情况)的冲击试验装置。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
一种冲击试验装置,其特征在于:包括发射装置、单面开口的玻璃罩、设于玻璃罩内的试件挡板和设于玻璃罩外侧面的高速摄像机,所述发射装置包括外圆筒、电动推杆、高强度弹簧和发射筒,所述电动推杆固定安装于外圆筒的尾端,高强度弹簧安装于外圆筒内的前端,电动推杆的自由端与高强度弹簧尾端固定相连,高强度弹簧的前端设有一个用于发射的圆盘活塞,发射筒的尾端与外圆筒对接,发射筒的前端正对玻璃罩内的试件挡板,高强度弹簧前端的圆盘活塞可在外圆筒与发射筒组成圆形通道内自由滑动,发射筒内圆盘活塞前端用于放置待测试的圆柱形试件,圆盘活塞的侧面设有插孔,所述发射筒的前端部设有可插入插孔内的手动插销。
作为改进,所述外圆筒为由多个环形板将至少三根长螺纹杆连接在一起组成的圆筒形空间。
作为改进,所述环形板有2-8个,多个环形板在长螺纹杆的长度方向均匀分布。
作为改进,所述长螺纹杆有3-9个,多个长螺纹杆在环形板的环形周向上均匀分布。
作为改进,所述手动插销包括连杆、插杆和手柄,三者一端固定相连组成Y字型结构,连杆另一端铰接在外圆筒上,通过手柄推动使得连杆绕铰接点旋转,来实现插杆插入或退出圆盘活塞上的插孔,从而实现将圆盘活塞锁定或解锁。
作为改进,所述外圆筒前端设有锁定孔,插杆或手柄上设有可插入锁定孔中的锁定销。
作为改进,所述发射筒前端设有用于稳定整个装置的平衡支座。
作为改进,所述发射筒前端设有电子测速仪。
作为改进,该冲击试验装置可以用于测试岩石或者混凝土的冲击破碎以及二次弹射试验。
本发明具有如下优点:
1.试验设备组装简捷,试验过程高效,可重复性高,且经济实惠;
2.混凝土或岩石制成的圆柱形试件冲击试件挡板的角度可以任意调节,其冲击速度可通过电动推杆对弹簧器的控制进行调节,并使用高速摄像机拍摄圆柱形试件冲击试件挡板的全过程,根据试验结果分析混凝土和岩石动态冲击特性(破裂破碎特征以及二次弹射情况);
3.改变混凝土或岩石制成的圆柱形试件冲击试件挡板的角度和试件挡板的类型可模拟滚石或混凝土爆炸碎片对防护网或障碍物冲击之后的二次弹射,研究成果可用于降低滚石以及混凝土爆炸碎片二次弹射的危害。
附图说明
图1为整个冲击试验装置结构示意图。
图2为本发明的发射装置示意图。
图3为发射装置立体结构示意图。
图4为高速摄像机与试件试件挡板示意图
图5为电子测速仪的速度显示仪示意图。
图6为手动插销部分局部放大图。
图7为圆柱形试件冲击瞬间。
图8为圆柱形试件反弹瞬间。
图9为圆柱形试件碎片弹射状态。
图中:1-电动推杆,2-弹簧器,3-发射筒,4-手动插销,5-环形板,6-长螺纹杆,7-固定螺母,8-电动推杆控制器,9-电源装置,10-电动推杆移动控制按钮,11-电源插头,12-高强度弹簧,13-圆柱形试件,14-测速感应片,15-电子测速仪,16-电子测速仪电源插头,17-平衡支座,18-玻璃罩,19-试件挡板,20-高速摄像机,21-归零按钮,22-速度指示,23-连杆,24-插杆,25-手柄。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的用于探索混凝土和岩石试件混凝土和岩石动态冲击特性(破裂破碎特征以及二次弹射情况)的试验装置,包括用于发射混凝土或岩石制成的圆柱形试件13的发射装置、玻璃罩18、试件挡板19、高速摄像机20。参见图1、图2和图3,所述发射装置包括外圆筒、电动推杆1、高强度弹簧12和发射筒3,所述电动推杆1固定安装于外圆筒的尾端,高强度弹簧12安装于外圆筒内的前端,电动推杆1的自由端与高强度弹簧12尾端固定相连,高强度弹簧12的前端设有一个用于发射的圆盘活塞,发射筒3的尾端与外圆筒前端对接,发射筒3的前端正对玻璃罩18内的试件挡板19,高强度弹簧12前端的圆盘活塞可在外圆筒与发射筒3组成圆形通道内自由滑动,发射筒3内圆盘活塞前端用于放置待测试的圆柱形试件13,圆盘活塞的侧面设有插孔,所述发射筒3的前端部设有可插入插孔内的手动插销4,高强度弹簧12和圆盘活塞一起组成弹簧器2。
本实施例外圆筒为由三个环形板5将四根长螺纹杆6连接在一起组成的圆筒形空间。需要指出的是,所述环形板5不限于3个,其数量可以在2-20之间,甚至更多,考虑到复杂性和稳定性,一般为有2-8个,多个环形板5在长螺纹杆6的长度方向均匀分布;所述环形板5为合金钢制作的环形钢板。
需要指出的是,所述长螺纹杆6不限于4个,其数量可以在3-18之间,甚至更多,考虑到复杂性和稳定性,一般为有3-9个,多个长螺纹杆6在环形板5的环形周向上均匀分布。
如图6所示,所述手动插销4包括连杆23、插杆24和手柄25,三者一端固定相连组成Y字型结构,连杆23另一端铰接在外圆筒上,通过手柄25推动使得连杆23绕铰接点旋转,来实现插杆24插入或退出圆盘活塞上的插孔,从而实现将圆盘活塞锁定或解锁。所述外圆筒前端设有锁定孔,插杆24或手柄25上设有可插入锁定孔中的锁定销。
所述发射筒3前端设有用于稳定整个装置的平衡支座17。所述发射筒3前端设有电子测速仪15。该冲击试验装置可以用于测试岩石或者混凝土的冲击试验。
上述电动推杆1通过电源装置9提供电源,电动推杆1通过电动推杆移动控制按钮10控制,电子测速仪15上设有速度指示22和归零按钮21,电子测速仪15的测速感应片14设于发射筒3的末端。
用本发明进行岩石或者混凝土的冲击试验步骤:
首先是装置的组装,将电动推杆1、高强度弹簧12、发射筒3通过长螺纹杆6和固定螺母7进行连接固定,并将组装之后的装置固定在试验台上;调整试件挡板19的角度和试件挡板19与发射装置之间的距离,保证待测的圆柱形试件13的冲击角度与试验预期一致,固定试件挡板19和高速摄像机20的位置;接通电动推杆控制器8的电源,并插上电子测速仪电源插头16;插好并用锁定销锁定手动插销4,调节电动推杆移动控制按钮10,使电动推杆1压缩高强度弹簧12,并维持高强度弹簧12处于压缩状态,每次调节电动推杆1的时候注意速度范围的控制;将高100mm、直径50mm的圆柱形试件13放置在发射筒3紧贴圆盘活塞,且使圆柱形试件13与圆盘活塞及高强度弹簧12同轴设置;打开高速摄像机20开关,准备拍照;所有准备工作做完之后,除去手动插销4的锁定销,以连杆23另一端铰接点为旋转支点,拉动手柄25,将手动插销4打开,圆柱形试件13以一定的速度打击在试件挡板19上;
在试验结束之后,记录电子测速仪15所显示的速度,保护试验现场,拍摄岩石破碎后的静态照片,整理高速摄像机20中的图片;改变圆柱形试件13的冲击速度重复该试验操作,对多组试验结果进行整理分析,探究圆柱形试件13的动态冲击特性(破裂破碎特征以及二次弹射情况)。本试验装置为可拆卸装置,其拆卸过程与组装过程顺序相反。
在探究不同冲击角度的试验中,一次试验结束之后,根据试验要求移动试件挡板19的位置使发射装置所在的直线与试件挡板19的平面呈一定的角度,即可达到调节圆柱形试件13冲击试件挡板19的冲击角度的目的。
在探究不同试件挡板19类型的试验中,一组试验结束之后直接将试件挡板19进行跟换,然后进行固定即可,例如在试验中钢板与金属网的跟换。
上述圆柱形试件13既可以是岩石制成的圆柱形试件13,也可以是混凝土制成的圆柱形试件13。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了电动推杆1,弹簧器2,发射筒3,手动插销4,环形板5,长螺纹杆6,固定螺母7,电动推杆控制器8,电源装置9,电动推杆移动控制按钮10,电源插头11,高强度弹簧12,圆柱形试件13,测速感应片14,电子测速仪15,电子测速仪电源插头16,平衡支座17,玻璃罩18,试件挡板19,高速摄像机20,归零按钮21,速度指示22,连杆23,插杆24,手柄25等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种冲击试验装置,其特征在于:包括发射装置、单面开口的玻璃罩、设于玻璃罩内的试件挡板和设于玻璃罩外侧面的高速摄像机,所述发射装置包括外圆筒、电动推杆、高强度弹簧和发射筒,所述电动推杆固定安装于外圆筒的尾端,高强度弹簧安装于外圆筒内的前端,电动推杆的自由端与高强度弹簧尾端固定相连,高强度弹簧的前端设有一个用于发射的圆盘活塞,发射筒的尾端与外圆筒对接,发射筒的前端正对玻璃罩内的试件挡板,高强度弹簧前端的圆盘活塞可在外圆筒与发射筒组成圆形通道内自由滑动,发射筒内圆盘活塞前端用于放置待测试的圆柱形试件,圆盘活塞的侧面设有插孔,所述发射筒的前端部设有可插入插孔内的手动插销。
2.根据权利要求1所述的冲击试验装置,其特征在于:所述外圆筒为由多个环形板将至少三根长螺纹杆连接在一起组成的圆筒形空间。
3.根据权利要求2所述的冲击试验装置,其特征在于:所述环形板有2-8个,多个环形板在长螺纹杆的长度方向均匀分布。
4.根据权利要求2所述的冲击试验装置,其特征在于:所述长螺纹杆有3-9个,多个长螺纹杆在环形板的环形周向上均匀分布。
5.根据权利要求1或2所述的冲击试验装置,其特征在于:所述手动插销包括连杆、插杆和手柄,三者一端固定相连组成Y字型结构,连杆另一端铰接在外圆筒上,通过手柄推动使得连杆绕铰接点旋转,来实现插杆插入或退出圆盘活塞上的插孔,从而实现将圆盘活塞锁定或解锁。
6.根据权利要求5所述的冲击试验装置,其特征在于:所述外圆筒前端设有锁定孔,插杆或手柄上设有可插入锁定孔中的锁定销。
7.根据权利要求1或2所述的冲击试验装置,其特征在于:所述发射筒前端设有用于稳定整个装置的平衡支座。
8.根据权利要求1或2所述的冲击试验装置,其特征在于:所述发射筒前端设有电子测速仪。
9.根据权利要求1或2所述的冲击试验装置,其特征在于:该冲击试验装置可以用于测试岩石或者混凝土的冲击破碎以及二次弹射试验。
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