CN111044373B - 动态力学试验系统 - Google Patents

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Abstract

一种动态力学试验系统，包括基座、第一气缸、第二气缸及摄像装置，第一气缸及第二气缸均设置于基座上，第一气缸包括第一缸体、及随第一滑块，第二气缸包括第二缸体及第二滑块，第一气缸及第二气缸分别带动第一滑块及第二滑块运动，待测试试件设置于第一滑块及第二滑块之间，与第一滑块及第二滑块相连，并在第一滑块及第二滑块的带动下运动，当第一滑块及第二滑块运动时，至少一部分的第一滑块与第二滑块的运动轨迹位于同一条直线上，摄像装置设置于基座的侧面上，对待测试试件在第一滑块及第二滑块带动下的动态情况进行观测。该动态力学试验系统结构简单、搭载方便、体积较小且操作简便。

Description

动态力学试验系统
技术领域
本发明涉及力学试验设备技术领域，尤其是一种动态力学试验系统。
背景技术
拉伸/压缩实验是最基本的、应用最广泛的力学实验。一方面，由拉伸实验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据，具有重要的工程实际意义。拉压/伸缩试验一般可以分为静态拉压/伸缩试验及动态拉压/伸缩试验。
目前常用的动态力学性能测试方法包括落锤实验和霍普金森杆实验。落锤实验，主要试验装置为落锤试验机。下部为底座与支架，机架上部配有可调换的不同质量的重锤。机架中部按纵向有一条滑轨，将重锤升至一定高度后释放，重锤会沿这滑轨降落，下降一定高度后，落锤具有了一定的速度。该实验可以进行样品的高速冲击或者高速拉伸，速度根据落锤的高度决定。在一定高度条件下，改变落锤的重量可以改变落锤冲击过程中的能量。分离式霍普金森杆实验技术是研究中高应变率下材料力学性能的最主要、可靠的实验方法，是爆炸与冲击动力学实验技术的重要组成部分。利用霍普金森杆不仅可以实现高应变率单轴拉伸、压缩、剪切加载，而且还发展了动态压-剪复合加载，主、被动围压等复杂加载。霍普金森杆装置包括枪膛、子弹、入射杆、透射杆、吸收杆等部件。通过气泵驱动子弹，将子弹加速到一定速度，撞击入射杆，入射杆再撞击透射杆。利用应力波在杆子中的传播测量试件的应力应变关系。落锤实验和霍普金森杆实验都可以实现试样的动态性能测试，但是其结构复杂，体积庞大，使用过程也不方便，导致目前在小的科研机构中难以安装，对科研工作者的工作造成了一定的困难。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种动态力学试验系统，该动态力学试验系统结构简单、搭载方便、体积较小且操作简便。
本发明提供了一种动态力学试验系统，包括基座、第一气缸、第二气缸及摄像装置，所述第一气缸及所述第二气缸均设置于所述基座上，所述第一气缸包括第一缸体、设置于所述第一缸体内的第一活塞及随所述第一活塞一起运动的第一滑块，所述第二气缸包括第二缸体、设置于所述第二缸体内的第二活塞及随所述第二活塞一起运动的第二滑块，待测试试件设置于所述第一滑块及所述第二滑块之间，与所述第一滑块及所述第二滑块相连，并在所述第一滑块及所述第二滑块的带动下运动，当所述第一滑块及第二滑块运动时，至少一部分的所述第一滑块与所述第二滑块的运动轨迹位于同一条直线上，所述摄像装置设置于所述基座的侧面上，对所述待测试试件在所述第一滑块及所述第二滑块带动下的动态情况进行观测。
进一步地，所述第一缸体上还设置有两个第一进气口，两个所述第一进气口分别设置于所述第一活塞的两侧，所述第二缸体上还设置有两个第二进气口，两个所述第二进气口分别设置于所述第二活塞的两侧。
进一步地，所述第一气缸及所述第二气缸均为无杆气缸。
进一步地，所述第一气缸及所述第二气缸的轴心位于同一条直线上。
进一步地，在所述第一滑块及所述第二滑块上还分别设置有高度及位置可调的第一夹具及第二夹具。
进一步地，在所述第一气缸及所述第二气缸之间还设置有一试验台，所述试验台包括试验台本体及盖板，在所述试验台本体内形成有一腔体，在所述腔体的两侧与所述第一夹具及所述第二夹具相对应的位置还设置有豁口，当所述第一夹具及所述第二夹具从对应的豁口伸入所述腔体内时，所述试验台本体、所述盖板、所述第一夹具及所述第二夹具共同将所述腔体围成一密闭空间。
进一步地，在所述第一气缸及所述第二气缸之间还设置有加热装置。
进一步地，所述第一气缸与所述第二气缸的轴线相互平行，但不位于同一条直线上，在所述第一滑块及所述第二滑块上设置有第一夹具及第二夹具，在所述第一夹具与所述第二夹具高度相同时，至少有部分所述第一夹具朝向所述第二夹具所在方向的投影落于所述第二夹具上。
进一步地，所述动态力学试验系统还包括滑轨，所述滑轨设置于所述基板上，所述滑轨包括沿第一方向延伸的第一滑轨及第二滑轨，以及沿第二方向延伸的第三滑轨及第四滑轨所述第三滑轨可沿所述第一方向位置可调地设置于所述第一滑轨上，所述第四滑轨可沿所述第一方向位置可调地设置于所述第二滑轨上，所述第一缸体可沿所述第二方向位置可调地设置于所述第三滑轨上，所述第二缸体可沿所述第二方向位置可调地设置于所述第四滑轨上。
进一步地，在所述第一滑轨、第二滑轨、第三滑轨及第四滑轨上均设置有间隔排列的固定孔。
综上所述，本发明提供的动态力学试验系统通过两个气缸的设置，使两个气缸带动待测试试件变形，通过调整第一缸体及第二缸体内气压的压力及第一滑块与第二滑块之间的距离，可以根据需要进行不同的动态拉伸/压缩试验，该动态力学试验系统结构简单、搭载方便、体积较小且操作简便。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明第一实施例提供的动态力学试验系统的轴侧结构示意图。
图2所示为图1中动态力学试验系统的俯视结构示意图。
图3所示为图1中动态力学试验系统的侧视结构示意图。
图4所示为本发明第二实施例提供的动态力学试验系统的轴侧结构示意图。
图5所示为本发明第三实施例提供的动态力学试验系统的轴侧结构示意图。
图6所示为图5中动态力学试验系统的俯视结构示意图。
图7所示为本发明第四实施例提供的动态力学试验系统的基座的轴侧结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。
本发明提供了一种动态力学试验系统，该动态力学试验系统结构简单、搭载方便、体积较小且操作简便。
图1所示为本发明第一实施例提供的动态力学试验系统的轴侧结构示意图，图2所示为图1中动态力学试验系统的俯视结构示意图，图3所示为图1中动态力学试验系统的侧视结构示意图。如图1至图3所示，本发明第一实施例提供的动态力学试验系统包括基座10、第一气缸20、第二气缸30及摄像装置，第一气缸20及第二气缸30均设置于基座10上，第一气缸20包括第一缸体21、设置于第一缸体21内的第一活塞(图未示出)及随第一活塞一起运动的第一滑块22，在第一气缸20上还设置有两个第一进气口23，两个第一进气口23分别设置于第一活塞的两侧；第二气缸30包括第二缸体31、设置于第二缸体31内的第二活塞(图未示出)及随第二活塞一起运动的第二滑块32，在第二气缸30上还设置有两个第二进气口33，两个第二进气口33分别设置于第二活塞的两侧。待测试试件40(见图1中虚线)设置于第一滑块22与第二滑块32之间，与第一滑块22及第二滑块32相连，并在第一滑块22与第二滑块32的带动下运动，在第一活塞及第二活塞分别带动第一滑块22及第二滑块32运动时，至少一部分的第一滑块22与第二滑块32的运动轨迹位于同一条直线上，摄像装置设置于基座10的侧面上，对待测试试件40在第一滑块22及第二滑块32带动下的动态情况，如待测试试件40的动态形貌变化或待测试试件40的拉伸/压缩速度进行观测。
在本实施例中，通过将待测试试件40的两端分别与第一滑块22及第二滑块32相连，在进行动态拉伸试验时，可以先分别向第一活塞与第二活塞之间的第一进气口23及第二进气口33内通入特定压力的气体，然后打开第一气缸20远离第二活塞一侧的第一进气口23及第二气缸30远离第一活塞一侧的第二进气口33，第一活塞及第二活塞会在各自缸体内的压缩气体推动下向远离彼此的方向运动，继而带动第一滑块22及第二滑块32运动，第一滑块22及第二滑块32在运动时对待测试试件40进行拉伸，进而可以通过摄像装置对待测试试件40的动态拉伸变化情况进行观察。
在进行动态压缩试验时，可以先分别向第一气缸20远离第二活塞一侧的第一进气口23，及第二气缸30远离第一活塞一侧的第二进气口33内通入特定压力的气体，然后打开第一活塞与第二活塞之间的第一进气口23及第二进气口33，第一活塞及第二活塞会在各自缸体内的压缩气体的推动下向靠近彼此的方向运动，继而带动第一滑块22与第二滑块32运动，第一滑块22及第二滑块32在运动时对待测试试件40进行压缩，继而可以通过摄像装置对待测试试件40的动态压缩变化情况进行观察。
在通过本实施例提供的动态力学试验系统进行待测试试件40动态拉伸或压缩试验时，通过调整第一缸体21及第二缸体31内气压的压力，及第一滑块22及第二滑块32之间的距离，可以对试验时待测试试件40的拉伸或压缩速度进行调整。也即，对于移动行程较小的试验，两个滑块会经历加速-减速的过程；而对于行程较长的试验，两个滑块会经历加速-匀速-减速的过程，因此可以根据需要开展对应的试验。
也即本发明实施例提供的动态力学试验系统通过两个气缸的设置，使两个气缸带动待测试试件40变形，通过调整第一缸体21及第二缸体31内气压的压力及第一滑块22与第二滑块32之间的距离，可以根据需要进行不同的动态拉伸/压缩试验，该动态力学试验系统结构简单、搭载方便、体积较小且操作简便。在本实施例中，还可以在第一滑块22及第二滑块32上设置传感器，以对待测试试件40的受力情况进行分析。
进一步地，在本实施例中，为了缩短整个系统的尺寸，在本实施例中，第一气缸20及第二气缸30均可以为无杆气缸，也即，在本实施例中，该系统的最小尺寸可以为第一缸体21及第二缸体31的长度。为了保证试验时第一滑块22及第二滑块32对待测试试件40施加作用力的均匀性，第一气缸20及第二气缸30的轴线位于同一条直线上，且第一缸体21的一端抵靠于第二缸体31的一端上。
进一步地，基座10包括底板11及设置于底板11两端的挡板12，第一气缸20及第二气缸30均设置于底板11上，且第一气缸20远离第二气缸30的一端及第二气缸30远离第一气缸20的一端分别抵靠于两个挡板12上，挡板12的设置可以对第一滑块22及第二滑块32进行限位。
图4所示为本发明第二实施例提供的动态力学试验系统的轴侧结构示意图，如图4所示，本发明第二实施例提供的动态力学试验系统与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，在第一滑块22及第二滑块32上还分别设置有第一夹具24及第二夹具34，第一夹具24及第二夹具34可以通过插接高度及位置可调地固定于滑块上。
当第一夹具24及第二夹具34与待测试试件40的固定点位于同一高度时，可以根据第一实施例中的方式对待测试试件40进行动态拉伸或压缩试验。当第一夹具24及第二夹具34与待测试试件40的固定点位于不同高度时，可以实现待测试试件40两端的错位运动，在运动中实现剪切破坏，即可进行动态剪切试验。
进一步地，在第一气缸20及第二气缸30之间还设置有一试验台50，该试验台50包括试验台本体51及盖板(图未示)，在试验台本体51内形成有一腔体52，在腔体52的两侧与第一夹具24及第二夹具34相对应的位置还设置有豁口53。当第一夹具24及第二夹具34从对应的豁口53伸入腔体52内时，试验台本体51、盖板、第一夹具24及第二夹具34共同将腔体52围成一密闭空间。
在进行试验时，可以将待测试试件40与第一夹具24及第二夹具34相连后放置于上述密闭空间内，然后向该密闭空间内冲入特定温度的气体，以将待测试试件40加热到特定的温度。然后在进行各动态试验，这样就能够对待测试试件40不同温度下的动态力学情况进行试验。
可以理解地，作为本实施例的替换，在第一气缸20及第二气缸30之间还可以设置其它加热装置，以对待测试试件40的温度进行调节。
图5所示为本发明第三实施例提供的动态力学试验系统的轴侧结构示意图，图6所示为图5中动态力学试验系统的俯视结构示意图。如图5及图6所示，本发明第三实施例提供的动态力学试验系统与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，第一气缸20与第二气缸30的轴线相互平行，但不位于同一条直线上，在第一滑块22及第二滑块32上分别设置有第一夹具24及第二夹具34，在第一夹具24与第二夹具34的高度相同时，至少有部分第一夹具24朝向第二夹具34所在方向的投影落于第二夹具34上，以保证在拉伸或压缩试验时，待测试试件40能够在第一滑块22及第二滑块32的作用下沿直线变形。
通过上述位置的限定，一方面，可以在第一气缸20及第二气缸30不为无杆气缸时，通过错位为第一滑块22及第二滑块32留出足够的位置，减少该系统的尺寸；另一方面可以在第一夹具24及第二夹具34位于同一高度时，进行动态剪切试验。
图7所示为本发明第四实施例提供的动态力学试验系统的基座10的轴侧结构示意图，如图7所示，本发明第四实施例提供的动态力学试验系统与第三实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，该动态力学试验系统还包括滑轨60，滑轨60设置于基板上，滑轨60包括沿第一方向(如图7中与两个挡板12所在平面平行的方向)延伸的第一滑轨61及第二滑轨62，以及沿第二方向(如图7中与两个挡板12所在平面垂直的方向)延伸的第三滑轨63及第四滑轨64，第三滑轨63可沿第一方向位置可调地设置于第一滑轨61上，第四滑轨64可沿第一方向位置可调地设置于第二滑轨62上，第一缸体21可沿第二方向位置可调的设置于第三滑轨63上，第二缸体31可沿第二方向位置可调地设置于第四滑轨64上。
通过上述的设置，通过调节第三滑轨63及第四滑轨64相对于第一滑轨61及第二滑轨62的位置，可以在第一方向上，调节第一缸体21及第二缸体31的位置，可以使得第一缸体21及第二缸体31的轴线在同一条直线上(即图7中所示的位置)或者使得第一缸体21及第二缸体31的轴线错位(即图6中所示的位置)；同样地，通过调节第一缸体21及第二缸体31在第三滑轨63及第四滑轨64上的位置，可以调节在第二方向上，第一缸体21及第二缸体31之间的距离，以进一步地调节第一滑块22及第二滑块32之间的运动距离，增大应用范围。
在本实施例中，第一滑轨61、第二滑轨62、第三滑轨63及第四滑轨64上均设置有间隔排列的固定孔65，通过选择不同的固定孔65来进行位第一缸体21及第二缸体31位置的限定。
综上所述，本发明提供的动态力学试验系统通过两个气缸的设置，使两个气缸带动待测试试件40变形，通过调整第一缸体21及第二缸体31内气压的压力及第一滑块22与第二滑块32之间的距离，可以根据需要进行不同的动态拉伸/压缩试验，该动态力学试验系统结构简单、搭载方便、体积较小且操作简便。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种动态力学试验系统，其特征在于：包括基座、第一气缸、第二气缸及摄像装置，所述第一气缸及所述第二气缸均设置于所述基座上，所述第一气缸包括第一缸体、设置于所述第一缸体内的第一活塞及随所述第一活塞一起运动的第一滑块，所述第二气缸包括第二缸体、设置于所述第二缸体内的第二活塞及随所述第二活塞一起运动的第二滑块，待测试试件设置于所述第一滑块及所述第二滑块之间，与所述第一滑块及所述第二滑块相连，并在所述第一滑块及所述第二滑块的带动下运动，当所述第一滑块及第二滑块运动时，至少一部分的所述第一滑块与所述第二滑块的运动轨迹位于同一条直线上，所述摄像装置设置于所述基座的侧面上，对所述待测试试件在所述第一滑块及所述第二滑块带动下的动态情况进行观测，所述第一缸体上还设置有两个第一进气口，两个所述第一进气口分别设置于所述第一活塞的两侧，所述第二缸体上还设置有两个第二进气口，两个所述第二进气口分别设置于所述第二活塞的两侧，在进行待测试试件动态拉伸或压缩试验时，通过调整所述第一缸体及所述第二缸体内气压的压力，及所述第一滑块及所述第二滑块之间的距离，以对试验时所述待测试试件的拉伸或压缩速度进行调整，使两个所述滑块经历加速-减速，或加速-匀速-减速的过程。
2.根据权利要求1所述的动态力学试验系统，其特征在于：所述第一气缸及所述第二气缸均为无杆气缸。
3.根据权利要求1所述的动态力学试验系统，其特征在于：所述第一气缸及所述第二气缸的轴心位于同一条直线上。
4.根据权利要求1所述的动态力学试验系统，其特征在于：在所述第一滑块及所述第二滑块上还分别设置有高度及位置可调的第一夹具及第二夹具。
5.根据权利要求4所述的动态力学试验系统，其特征在于：在所述第一气缸及所述第二气缸之间还设置有一试验台，所述试验台包括试验台本体及盖板，在所述试验台本体内形成有一腔体，在所述腔体的两侧与所述第一夹具及所述第二夹具相对应的位置还设置有豁口，当所述第一夹具及所述第二夹具从对应的豁口伸入所述腔体内时，所述试验台本体、所述盖板、所述第一夹具及所述第二夹具共同将所述腔体围成一密闭空间。
6.根据权利要求1所述的动态力学试验系统，其特征在于：在所述第一气缸及所述第二气缸之间还设置有加热装置。
7.根据权利要求1所述的动态力学试验系统，其特征在于：所述第一气缸与所述第二气缸的轴线相互平行，但不位于同一条直线上，在所述第一滑块及所述第二滑块上设置有第一夹具及第二夹具，在所述第一夹具与所述第二夹具高度相同时，至少有部分所述第一夹具朝向所述第二夹具所在方向的投影落于所述第二夹具上。
8.根据权利要求1所述的动态力学试验系统，其特征在于：所述动态力学试验系统还包括滑轨，所述滑轨设置于所述基座上，所述滑轨包括沿第一方向延伸的第一滑轨及第二滑轨，以及沿第二方向延伸的第三滑轨及第四滑轨，所述第三滑轨可沿所述第一方向位置可调地设置于所述第一滑轨上，所述第四滑轨可沿所述第一方向位置可调地设置于所述第二滑轨上，所述第一缸体可沿所述第二方向位置可调地设置于所述第三滑轨上，所述第二缸体可沿所述第二方向位置可调地设置于所述第四滑轨上。
9.根据权利要求8所述的动态力学试验系统，其特征在于：在所述第一滑轨、第二滑轨、第三滑轨及第四滑轨上均设置有间隔排列的固定孔。
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