CN109883814A - 一种分离式霍普金森杆冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，该装置适用于散体/软体材料的霍普金森杆冲击试验，包括护筒(1)、固定试样垫块的螺母(2)、排气部件、试样垫块(4)和护筒支撑部件，试样垫块(4)分别位于护筒(1)内部的左右两侧，在两块试样垫块(4)之间为样品室，固定试样垫块的螺母(2)分布于护筒(1)的筒壁上；所述的排气部件为排气孔(3)或者排气槽(9)；该装置主要解决了散体/软体材料在分离式霍普金森杆冲击试验中无法固定，且在高速冲击护筒中的试样时其内空气无法排出而影响试验结果的问题，同时能展现试验过程中试样状态，且制作工艺简单，可靠，使用方法简便，便于操作。

Description

一种分离式霍普金森杆冲击试验装置

技术领域

本发明涉及一种分离式霍普金森杆冲击试验装置,属于霍普金森杆冲击试验技术领域。

背景技术

目前，霍普金森杆主要用于岩体和金属等固体材料的冲击测试，对于散体/软体材料如砂土，橡胶，软凝胶等，由于无法自行克服重力形成固定现状同时在试验过程中保持，而难以在霍普金森杆中开展试验。测试过程中采用护筒和垫块固定散体材料，但是为了防止散体材料漏出，要求垫块和护筒之间接触紧密，这就导致试样中的空气难以排出，尤其是在冲击过程中，散体/软体材料压缩变形大，空气不能排出可能会造成试验结果误差较大；同时，一般的护筒都是钢材等材料组成，很难探明试验过程中试样的变化。目前国内尚未就上述问题开发相应装置和解决该问题的方法。为了克服散体/软体材料分离式霍普金森杆冲击试验中，空气难以排出而造成试验结果误差较大，以及试验过程试样状态无法展现的问题，本发明提出了一种散体/软体材料的分离式霍普金森杆冲击试验装置。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，该装置克服了散体/软体材料分离式霍普金森杆冲击试验中，空气难以排除而造成试验结果误差较大，以及试验过程试样状态无法展现的问题，从而能获取更加合理的散体/软体材料试验数据以及展现冲击试验过程中的试验状态。

技术方案：本发明提供了一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，该装置适用于散体/软体材料的霍普金森杆冲击试验，包括护筒、固定试样垫块的螺母、排气部件、试样垫块和护筒支撑部件，其中试样垫块为两块，分别位于护筒内部的左右两侧，在两块试样垫块之间为样品室放置试样，固定试样垫块的螺母分布于护筒的筒壁上固定试样垫块；所述的排气部件为排气孔或者排气槽，连通样品室和护筒的外部空间；固定试样垫块的螺母用于固定试样垫块；所述的护筒支撑部件自上而下包括护筒支撑上部盘、中间可调节高度的连接杆和护筒支撑下部盘，其中护筒置于护筒支撑上部盘上，护筒支撑上部盘可与护筒中螺母贴合也可避开螺母与护筒平整部位接触，无论哪种接触，要求护筒在护筒支撑上部盘上保持水平，中间可调节高度的连接杆上带有护筒支撑调节高度螺母。

其中：

所述的护筒的制作材料为钢材、纤维材料、高强度陶瓷亚克力或者有机玻璃等，所述的试样垫块的制作材料为钢材、铝材、纤维材料或者陶瓷等,试样垫块材料可以用于制作霍普金森杆，具体选择根据试验的需求来确定。

所述的护筒为圆筒体，其长度根据试样的长度确定，一般为10～30cm，其内径与进行试验的霍普金森杆的直径匹配，且比霍普金森杆直径大0.05mm±0.02mm，内径一般为35.05mm～50.05mm±0.02mm，护筒的壁厚为1～3cm。

所述的护筒的对称的外壁面为切割平面，在切割平面上对称护筒中心截面位置开有穿过护筒筒壁的螺母孔，螺母孔的具体位置根据垫块长度和试样长度确定；每个切割平面上的螺母孔的数量为1或2个，且螺母孔的直径为5mm～10mm。

所述的螺母孔配有相应尺寸的固定试样垫块的螺母，固定试样垫块的螺母的长度为2～3cm，并大于护筒的筒壁厚度。

所述的试样垫块为圆柱形，其直径尺寸与进行试验的霍普金森杆尺寸相匹配，相差不大于0.01mm，，一般为(35.00mm～50.00mm)±0.01mm，其长度根据需要开展的试样的尺寸和护筒的长度并协同固定试样垫块的螺母的位置确定，一般为5cm～10cm。

所述的排气孔位于护筒对应样品室的位置，且垂直贯穿护筒的筒壁，其个数为3～9个，直径0.1mm～0.2mm，根据散体材料和软体材料的孔隙率和试样材料最小尺寸确定。

所述的排气槽位于护筒内壁，其走向与护筒的中轴线方向一致，其条数为3～9条，宽为0.1mm～0.2mm，深度为0.05mm～0.15mm，根据护筒尺寸和试样尺寸以及试样孔隙率。

所述的护筒支撑部件的高度根据霍普金森杆高度进行调试，护筒支撑部件的数量为1～2个，根据护筒的长度进行调整。

所述的护筒支撑下部盘是直径为10cm～30cm、厚度为1cm～2cm的圆盘，或者长10cm～30cm、宽10cm～30cm、厚度为1cm～2cm的长方形或正方形的方盘；所述的护筒支撑上部盘为直径为5cm～10cm、厚度为1cm～2cm的圆盘，或者长5cm～10cm、宽5cm～10cm、厚度为1cm～2cm的长方形或正方形的方盘；中间可调节高度的连接杆的下端与护筒支撑下部盘固定，其上端与护筒支撑上部盘固定，中间可调节高度的连接杆由护筒支撑调节高度螺母调整高度。

本发明还提供了一种分离式霍普金森杆冲击试验装置的使用方法，包括以下步骤：

1)确定试样的厚度；

2)从护筒一侧装入一块试样垫块，其位置根据试样厚度确定，确保试样对称位于护筒中心位置，并用固定试样垫块的螺母固定试样垫块；

3)从护筒另一侧装入试样，将试样置于护筒的中心位置；

4)之后将另一块试样垫块装入护筒，并用固定试样垫块的螺母固定试样垫块；

5)将装好的护筒置于护筒支撑上部盘上，调节护筒调节高度螺母确保护筒的中心纵向线水平，并与霍普金森杆的中心纵向线在一条线上；

6)将霍普金森杆与护筒交接套住，并确保霍普金森杆端面与试样垫块的端面充分接触；

7)核准护筒是否水平，并开展测试。

其中：

步骤3)中所述从护筒另一侧装入试样中，装入方法根据材料的不同选取不同方法，散体材料采用分层装入法，一般分3～5层；软体材料采用匀速推入法。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的分离式霍普金森杆冲击试验装置，能有效的解决在对散体和软体材料开展霍普金森杆的冲击试验时，护筒空气无法排出的情况，防止空气无法排出而因高速冲击试样中的空气压缩造成试验结果误差较大；

2、本发明提供的分离式霍普金森杆冲击试验装置，透明的护筒能展现试验过程中试样状态；

3、该装置制作工艺简单、可靠，使用方法简便，取材方便，便于操作。

附图说明

图1是带排气孔的护筒的侧视图；

图2是图1中带排气孔的护筒的A-A剖面图；

图3是图2中带排气孔的护筒的B-B剖面图；

图4是带排气孔的散体/软体材料的分离式霍普金森杆冲击试验装置的示意图；

图5是带有排气槽的护筒的侧视图；

图6是图5中带有排气槽的护筒的C-C剖面图；

图中有：护筒1、固定试样垫块的螺母2、排气孔3、试样垫块4、试样5、护筒支撑上部盘6、护筒支撑调节高度螺母7、护筒支撑下部盘8、排气槽9、中间可调节高度的连接杆10。

具体实施方式

本发明公开了一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，涉及霍普金森杆冲击试验领域，主要是应用于散体/软体材料(如砂土，橡胶，软凝胶等)的霍普金森杆冲击试验，该装置主要解决了散体/软体材料在分离式霍普金森杆冲击试验中无法固定，且在高速冲击护筒中的试样时其内空气无法排出而影响试验结果的问题，主要包括：配合霍普金森杆尺寸的带排气孔3或者排气槽9的护筒1，固定试样的试样垫块4垫块以及护筒支撑部件。

实施例1该实施例中进行试验的设备为霍普金森杆为Φ50mm试验设备，试样为2.5～10cm的钙质砂散体材料(此处以5cm为例)，钙质砂最小颗粒为0.25mm。

一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，该装置适用于散体/软体材料的霍普金森杆冲击试验，包括护筒1、固定试样垫块的螺母2、排气部件、试样垫块4和护筒支撑部件，其中试样垫块4为两块，分别位于护筒1内部的左右两侧，在两块试样垫块4之间为样品室放置试样5，固定试样垫块的螺母2分布于护筒1的筒壁上固定试样垫块4；所述的排气部件为排气孔3或者排气槽9，连通样品室和护筒1的外部空间；所述的护筒支撑部件自上而下包括护筒支撑上部盘6、中间可调节高度的连接杆和护筒支撑下部盘8，其中护筒1置于护筒支撑上部盘6上，中间可调节高度的连接杆10上带有护筒支撑调节高度螺母7。

所述的护筒的制作材料为钢材、纤维材料、高强度陶瓷亚克力或者有机玻璃。

所述的护筒1为圆筒体，其长度为300mm其直径大50.05mm±0.02mm，护筒1的壁厚为2cm。

所述的护筒1的上下对称的外壁面为切割平面(如图1)，在切割平面上距离护筒中心截面75mm的位置开有穿过护筒1筒壁的螺母孔；每个切割平面上的螺母孔的数量为2个，且螺母孔的直径为5～10mm。

所述的螺母孔配有相应尺寸的固定试样垫块的螺母2，固定试样垫块的螺母2的数量为4个，其长度为2～3cm，并大于护筒1的筒壁厚度。

所述的试样垫块4为圆柱形，其材质为钢，直径为50.00±0.02mm，在试样垫块4上涂层凡士林或液压油，将一个试样垫块4从护筒一侧塞入护筒1，试样垫块4外侧距离护筒外侧45mm，用固定试样垫块的螺母2将试样垫块4固定；

将试样5从护筒1另一侧按照试样技术要求填入护筒1中，完成后将护筒1另一侧也塞入试样垫块4，并固定；

所述的排气孔3位于护筒1对应样品室的位置，且垂直贯穿护筒1的筒壁，其个数为4个，直径0.1mm～0.2mm(如图3)。

所述的护筒支撑部件的高度根据霍普金森杆高度进行调试，护筒支撑部件的数量为1～2个。

所述的护筒支撑下部盘8是直径为10cm～30cm、厚度为1cm～2cm的圆盘，或者长10cm～30cm、宽10cm～30cm、厚度为1cm～2cm的长方形或正方形的方盘；所述的护筒支撑上部盘6为直径为5cm～10cm、厚度为1cm～2cm的圆盘，或者长5cm～10cm、宽5cm～10cm、厚度为1cm～2cm的长方形或正方形的方盘；中间可调节高度的连接杆10的下端与护筒支撑下部盘8固定，其上端与护筒支撑上部盘6固定，中间可调节高度的连接杆10由护筒支撑调节高度螺母7调整高度。

将装入试样5的护筒1，放置在两个护筒支撑部件中的护筒支撑上部盘6上，通过护筒支撑调节高度螺母7调节中间可调节高度的连接杆的高度，保证试样5中心线与霍普金森杆一致，完成试验安装工作，开展冲击测试。

所述的排气孔3可以换成排气槽9(如图5、图6)，排气槽9位于护筒1内壁，其走向与护筒1的中轴线方向一致，其条数为3～9条，宽为0.1mm～0.2mm，深度为0.05mm～0.15mm。

一种分离式霍普金森杆冲击试验装置的使用方法，包括以下步骤：

1)确定试样5的厚度；

2)从护筒1一侧装入一块试样垫块4，其位置根据试样5厚度确定，确保试样5对称位于护筒1中心位置，并用固定试样垫块的螺母2固定试样垫块4；

3)从护筒1另一侧装入试样5，将试样5置于护筒1的中心位置；装入方法根据材料的不同选取不同方法，散体材料分3～5层装入，软体材料采用匀速推入法；

4)之后将另一块试样垫块4装入护筒1，并用试样垫块的螺母2固定试样垫块4；

5)将装好的护筒1置于两个护筒支撑上部盘6上，调节护筒调节高度螺母7确保护筒1的中心纵向线水平，并与霍普金森杆的中心纵向线在一条线上；

6)将霍普金森杆与护筒1交接套住，并确保霍普金森杆端面与试样垫块4的端面充分接触；

7)核准护筒1是否水平，并开展测试。

Claims (10)

1.一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：该装置适用于散体/软体材料的霍普金森杆冲击试验，包括护筒(1)、固定试样垫块的螺母(2)、排气部件、试样垫块(4)和护筒支撑部件，其中试样垫块(4)为两块，分别位于护筒(1)内部的左右两侧，在两块试样垫块(4)之间为样品室放置试样(5)，固定试样垫块的螺母(2)分布于护筒(1)的筒壁上固定试样垫块(4)；所述的排气部件为排气孔(3)或者排气槽(9)，连通样品室和护筒(1)的外部空间；所述的护筒支撑部件自上而下包括护筒支撑上部盘(6)、中间可调节高度的连接杆和护筒支撑下部盘(8)，其中护筒(1)置于护筒支撑上部盘(6)上，中间可调节高度的连接杆(10)上带有护筒支撑调节高度螺母(7)。

2.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的护筒(1)的制作材料为钢材、纤维材料、高强度陶瓷亚克力或者有机玻璃，所述的垫块材料(4)的制作材料为钢材、铝材、纤维材料或者陶瓷。

3.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的护筒(1)为圆筒体，其长度根据试样(5)的长度确定，其内径与进行试验的霍普金森杆的直径匹配，且比霍普金森杆直径大0.05mm±0.02mm，护筒(1)的壁厚为1～3cm。

4.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的护筒(1)的对称的外壁面为切割平面，在切割平面上对称护筒中心截面位置开有穿过护筒(1)筒壁的螺母孔；每个切割平面上的螺母孔的数量为1或2个，且螺母孔的直径为5～10mm，且螺母孔配有相应尺寸的固定试样垫块的螺母(2)，固定试样垫块的螺母(2)的长度为2～3cm，并大于护筒(1)的筒壁厚度。

5.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的试样垫块(4)为圆柱形，其直径尺寸与进行试验的霍普金森杆尺寸相匹配，相差不大于0.01mm，其长度根据需要开展的试样(5)的尺寸和护筒(1)的长度并协同固定试样垫块的螺母(2)的位置确定。

6.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的排气孔(3)位于护筒(1)对应样品室的位置，且垂直贯穿护筒(1)的筒壁，其个数为3～9个，直径0.1mm～0.2mm。

7.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的排气槽(9)位于护筒(1)内壁，其走向与护筒(1)的中轴线方向一致，其条数为3～9条，宽为0.1mm～0.2mm，深度为0.05mm～0.15mm。

8.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的护筒支撑部件的高度根据霍普金森杆高度进行调试，护筒支撑部件的数量为1～2个。

9.如权利要求1所述的一种分离式霍普金森杆冲击试验装置，其特征在于：所述的护筒支撑下部盘(8)是直径为10cm～30cm、厚度为1cm～2cm的圆盘，或者长10cm～30cm、宽10cm～30cm、厚度为1cm～2cm的长方形或正方形的方盘；所述的护筒支撑上部盘(6)为直径为5cm～10cm、厚度为1cm～2cm的圆盘，或者长5cm～10cm、宽5cm～10cm、厚度为1cm～2cm的长方形或正方形的方盘；中间可调节高度的连接杆(10)的下端与护筒支撑下部盘(8)固定，其上端与护筒支撑上部盘(6)固定，中间可调节高度的连接杆(10)通过护筒支撑调节高度螺母(7)调整高度。

10.一种分离式霍普金森杆冲击试验装置的使用方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)确定试样(5)的厚度；

2)从护筒(1)一侧装入一块试样垫块(4)，其位置根据试样(5)厚度确定，确保试样(5)对称位于护筒(1)中心位置，并用固定试样垫块的螺母(2)固定试样垫块(4)；

3)从护筒(1)另一侧装入试样(5)，将试样(5)置于护筒(1)的中心位置；

4)之后将另一块固定试样垫块(4)装入护筒(1)，并用固定试样垫块的螺母(2)固定住试样垫块(4)；

5)将装好的护筒(1)置于护筒支撑上部盘(6)上，调节护筒调节高度螺母(7)确保护筒(1)的中心纵向线水平，并与霍普金森杆的中心纵向线在一条线上；

6)将霍普金森杆与护筒(1)交接套住，并确保霍普金森杆端面与试样垫块(4)的端面充分接触；

7)核准护筒(1)是否水平，并开展测试。