CN107703009B - 一种用于shpb试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置 - Google Patents

一种用于shpb试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，防反冲试验箱体具有横向贯穿中空通道，中空通道分为子弹入射的电磁感应部分和入射杆所在的缓冲部分，电磁感应部分通道内缠绕感应线圈且设有速率感应传感器和位置感应传感器；缓冲部分通道的底部设有若干支撑入射杆且随入射杆运动方向滚动的支承滚轮，防反冲结构位于缓冲部分通道内，防反冲结构的末端由锚固垫层固定在箱体端面；防反冲结构包括端面顺次连接呈阶梯状向上的各个空心柱体单元，空心柱体单元的底部具有向下开设的缺口，入射杆从防反冲结构围成的空间内穿过后防反冲结构落下。本发明能够避免入射杆反冲造成的实验仪器和装置的破坏、对试验人员造成的二次破坏。

Description

一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置
技术领域
本发明涉及一种SHPB试验，具体涉及一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置。
背景技术
SHPB试验是研究材料动态力学性能最基本、最重要的实验方法之一，主要研究高应变率（一般是指102～104）范围内的应力-应变曲线关系。在岩石动力学中，通常采用SHPB试验研究高应变率下岩石试样的变形和破坏，用以模拟强震作用下岩石变形和破坏情况。试验过程中，在压缩气体推动作用下，子弹以一定的速度撞击入射杆，产生的入射脉冲载荷激励岩石试样发生高速变形，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。但是，随着我国对岩石动力学领域研究的逐渐深入，不同岩石材料往往表现出相异性，特别是对于有些含能材料的特殊性和独特性，高速冲击作用下极易造成剧烈爆炸，在此作用下，其造成的爆炸气体产物不仅对透射杆沿其运动方向产生强烈的冲击力，同时，沿入射杆运动方向的反向产生很强烈的冲击力。当该反冲力作用于入射杆时，导致入射杆反向高速运动，容易引起杆件弯曲变形和加载系统的破坏，甚至造成实验室和实验人员的二次伤害。
我国对防止入射杆反冲的缓冲结构已经进行了相关方面的研究，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）提出了一种缓冲结构，该结构通过橡胶、泡沫组成，并能对产生的反向能量进行吸收，但是由于缓冲时间短、作用力大，入射杆发生反弹的概率往往较大；专利申请201710197623.6 提出了“一种霍普金森杆试验用防入射杆反冲装置”，采用蜡状填充物、挡块和压环作为缓冲结构，在不影响入射杆使用功能的前提下，延长缓冲作用时间，降低缓冲作用力，但是，在试验过程中，需要进行的试验前的准备和数据线较多，对于试验的速度和进程影响较大，不利于试验自动化和数字化的发展。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，解决SHPB试验中入射杆反冲造成的实验仪器和装置的破坏、对试验人员造成的二次破坏，简化并排除连接数据线路多且复杂等对试验造成的影响，实现试验过程中对试样速度的全程自动感应测速，促进实验室自动化和智能化的进程。
技术方案：本发明提供了一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，包括防反冲试验箱体、速率感应传感器、位置感应传感器、防反冲结构、支承滚轮以及锚固垫层，所述防反冲试验箱体具有横向贯穿中空通道；
所述中空通道分为子弹入射的电磁感应部分和入射杆所在的缓冲部分，所述电磁感应部分通道内缠绕感应线圈且设有速率感应传感器和位置感应传感器；所述缓冲部分通道的底部设有若干支撑入射杆且随入射杆运动方向滚动的支承滚轮，所述防反冲结构位于缓冲部分通道内，防反冲结构的末端由锚固垫层固定在箱体端面；
所述防反冲结构包括端面顺次连接呈阶梯状向上的各个空心柱体单元，所述空心柱体单元的底部具有向下开设的缺口，所述入射杆从防反冲结构围成的空间内穿过后防反冲结构落下。
进一步，所有空心柱体单元的顶部皆固定在一根沿中空通道延伸的连动杆底部，所述连动杆两端镶嵌在锚固垫层和电磁感应部分通道端口的竖直轨道中，所述感应线圈连接电动机控制连动杆在轨道中下滑。
进一步，每个所述空心柱体单元皆由防反冲基座、弹簧和缓冲填充层构成，分别位于两端面的防反冲基和缓冲填充层由位于空心柱体单元内部最高点的弹簧连接。
进一步，所述空心柱体单元的防反冲基座顶端具有与连动杆焊接固定的坡度。
进一步，所述中空通道的电磁感应部分为圆柱体腔体，缓冲部分为从电磁感应部分开始内径逐渐增大的喇叭状腔体。
进一步，所述空心柱体单元缺口的开口角度为90°。
进一步，所述锚固垫层的外轮廓与箱体端面等大，中心具有供入射杆穿过的穿孔。
有益效果：本发明在压缩气体推动作用下，能够实现入射脉冲载荷向入射杆传播反射脉冲的同时，避免入射杆反冲造成的实验仪器和装置的破坏、对试验人员造成的二次破坏，实现试验过程中对试样速度的全程自动感应测速，进而计算试样的力学性能。
附图说明
图1为防反冲试验箱体的结构示意图；
图2为防反冲试验箱体的剖面示意图，图中局部放大的是单个空心柱体单元的截面图；
图3为图2的右视图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，包括防反冲试验箱体1、速率感应传感器5、位置感应传感器6、防反冲结构8、支承滚轮11、锚固垫层9以及连动杆16。试验准备过程中，如图1所示，通过膨胀螺丝将防反冲试验箱体1四角上的牛腿2锚固在实验室地面，防反冲试验箱体1具有横向贯穿的中空通道，中空通道分为供子弹入射的电磁感应部分7和入射杆10穿过的缓冲部分4。其中，电磁感应部分7的通道为圆柱体腔体，缓冲部分4的通道为从电磁感应部分7开始内径逐渐增大的喇叭状腔体。
如图2、3所示，电磁感应部分7的通道内壁缠绕有感应线圈，且速率感应传感器5和位置感应传感器6安装在该部分通道内。缓冲部分4的通道底部沿长度方向安装一系列支承滚轮11，防反冲结构8也设于缓冲部分4中。防反冲结构8包括端面顺次连接呈阶梯状向上的各个空心柱体单元，空心柱体单元具有向下开设的缺口，缺口的开口角度为90°。每个空心柱体单元皆由防反冲基座13、弹簧14和缓冲填充层15构成，分别位于两端面的防反冲基座13和缓冲填充层15由位于空心柱体单元最高点的弹簧14连接，所有空心柱体单元的防反冲基座13顶端固定在一根连动杆16底部。由于连动杆16顺着缓冲部分4的通道顶面向斜上方延伸，故防反冲基座顶端具有与连动杆焊接固定的坡度。连动杆16两端镶嵌在锚固垫层9和电磁感应部分通道端口的竖直轨道17中，感应线圈连接电动机控制连动杆16在轨道17中下滑。防反冲结构8的末端由锚固垫层9通过铆固螺丝12固定在箱体1的右侧面，锚固垫层9的外轮廓与箱体1端面等大，中心具有供入射杆10穿过的穿孔，入射杆10从防反冲结构8围成的空间内穿过并支撑在支承滚轮11上，滚轮1随着入射杆10的运动而滚动。
气压阀开启后，子弹在气压作用下高速发射，经过中空通道的电磁感应部分7，速率感应传感器5和位置感应传感器6通过对子弹进行感应，将速率感应传感器5的速度信号传输给控制单元，控制单元对数据信号进行处理，确定速度并在显示操作结构3显示。与此同时，由于子弹的高速作用，使得电磁感应部分7的感应线圈产生电能驱动电动机，通过连动杆16带动防反冲结构8整体下落，各防反冲结构单元的最大运动距离为5cm。子弹打到入射杆10的左端面，使得反射杆撞击到岩石试样后，脉冲沿入射杆10运动方向的反向产生很强烈的冲击力，使得入射杆10反向高速运行，入射杆10左端面的顶部就会撞击到下落的防反冲结构8的内表面，并通过各单元阶梯状结构实现对入射杆10的吸能和保护，多次脉冲作用下，入射杆10速度逐渐降低，并停止。待入射杆10停止，防反冲缓冲结构的各单元逐渐恢复到初始位置。完成该步骤后，进行下一个岩石试样的SHPB试验。

Claims (7)

1.一种用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：包括防反冲试验箱体、速率感应传感器、位置感应传感器、防反冲结构、支承滚轮以及锚固垫层，所述防反冲试验箱体具有横向贯穿中空通道；
所述中空通道分为子弹入射的电磁感应部分和入射杆所在的缓冲部分，所述电磁感应部分通道内缠绕感应线圈且设有速率感应传感器和位置感应传感器；所述缓冲部分通道的底部设有若干支撑入射杆且随入射杆运动方向滚动的支承滚轮，所述防反冲结构位于缓冲部分通道内，防反冲结构的末端由锚固垫层固定在箱体端面；
所述防反冲结构包括端面顺次连接呈阶梯状向上的各个空心柱体单元，所述空心柱体单元的底部具有向下开设的缺口，所述入射杆从防反冲结构围成的空间内穿过后防反冲结构落下。
2.根据权利要求1所述的用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：所有空心柱体单元的顶部皆固定在一根沿中空通道延伸的连动杆底部，所述连动杆两端镶嵌在锚固垫层和电磁感应部分通道端口的竖直轨道中，所述感应线圈连接电动机控制连动杆在轨道中下滑。
3.根据权利要求2所述的用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：每个所述空心柱体单元皆由防反冲基座、弹簧和缓冲填充层构成，分别位于两端面的防反冲基座 和缓冲填充层由位于空心柱体单元内部最高点的弹簧连接。
4.根据权利要求3所述的用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：所述空心柱体单元的防反冲基座顶端具有与连动杆焊接固定的坡度。
5.根据权利要求1所述的用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：所述中空通道的电磁感应部分为圆柱体腔体，缓冲部分为从电磁感应部分开始内径逐渐增大的喇叭状腔体。
6.根据权利要求1所述的用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：所述空心柱体单元缺口的开口角度为90°。
7.根据权利要求1所述的用于SHPB试验的磁感应测速和防入射杆反冲装置，其特征在于：所述锚固垫层的外轮廓与箱体端面等大，中心具有供入射杆穿过的穿孔。
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