CN112033827A - 分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，包括试验舱，试验舱内依次布置有第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔；第一冲击腔上设置有第一开口，分离式霍普金森压杆的入射杆的非夹持端位于第一开口中，第二冲击腔上设置有第二开口，分离式霍普金森压杆的透射杆的非夹持端位于第二开口中；还包括低温气体机构，其用于向第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔输入低温气体，子弹撞击入射杆过程中低温气体从第一开口和第二开口处溢出。本发明提供的分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，通过第一冲击腔以及第二冲击腔使得入射杆和透射杆整体都位于低温超低温环境中，而通过第一开口实现子弹的入射，不妨碍试验的进行。

Description

分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置

技术领域

本发明涉及试验技术，具体涉及一种分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置。

背景技术

公知的，分离式霍普金森压杆是现有技术中研究高应变率下材料力学性能中最可靠的试验装置。目前，航空、超导、高能物理等等诸多领域都涉及到低温、超低温领域的材料应力问题，这些场合的材料应力问题都使用分离式霍普金森压杆装置进行材料应力的试验。

申请公布号为CN105973725A，申请公布日为2016年9月28日，名称为《一种用于霍普金森压杆的冻结与低温冲击试验装置》的发明专利申请，其包括低温实验舱、冷凝管、推杆、托架、多个试样承载单元、滚轴和隔板。低温实验舱分为上层试验腔和下层试验腔。多个试样承载单元分别放置在滚轴上；试验时各试样分别放置在各试样承载单元的上表面。托架的托架平台位于下层试验腔的一端；托架的托架操作杆向下延伸至装置箱体外。其实现材料试样的低温冻结试验与低温冲击试验同步实施的试验装置，以高效精确测量材料的低温动态力学性能的试验装置。又如授权公告号为CN201548466U、CN205844110U、CN208383632U等等实用新型专利，提供的都是霍普金森压杆的低温试验装置。

现有技术的不足之处在于，因为是低温试验，所以霍普金森压杆的入射杆和透射杆的夹持端必须处于低温以及超低温环境中，而子弹发射装置因为发射机理以及试验尺寸等原因不可能处于低温以及超低温环境中，这就导致了入射杆和透射杆的非夹持端处于常温环境而夹持端处于低温环境中，两端巨大的温差使得入射杆和透射杆两端的尺寸不一致，从而在理论上就无法实现彻底的调平。

发明内容

本发明的目的是提供一种分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，包括试验舱，所述试验舱内依次布置有第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔；

所述第一冲击腔上设置有第一开口，分离式霍普金森压杆的入射杆的非夹持端位于所述第一开口中，所述第二冲击腔上设置有第二开口，分离式霍普金森压杆的透射杆的非夹持端位于所述第二开口中；

还包括低温气体机构，其用于向所述第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔输入低温气体，子弹撞击入射杆过程中低温气体从所述第一开口和第二开口处溢出。

上述的低温冲击试验装置，所述低温气体机构分别向所述第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔输入低温气体。

上述的低温冲击试验装置，所述低温气体机构向所述试验腔输入低温气体，所述试验腔向所述第一冲击腔和所述第二冲击腔的输出低温气体。

上述的低温冲击试验装置，所述第一开口和第二开口中的至少一者上设置有击溃封闭部，所述子弹穿过所述击溃封闭部后撞击所述入射杆。

上述的低温冲击试验装置，还包括卷收控制组件，所述卷收控制组件包括卷集件和抽拉件，所述卷集件转动连接于所述试验舱的舱体上，所述抽拉件活动连接于所述舱体上；

所述击溃封闭部为软质片，所述击溃封闭部的一端卷绕于所述卷集件上，所述击溃封闭部的另一端连接于所述抽拉件上，所述击溃封闭部的中部封闭所述第一开口和第二开口中的至少一者上。

上述的低温冲击试验装置，所述抽拉件转动连接于所述舱体上，所述击溃封闭部的另一端卷绕于所述抽拉件上。

上述的低温冲击试验装置，还包括：

自动封口组件，其包括控制器、驱动单元、传动组件以及封闭部，所述控制器控制所述驱动单元，所述驱动单元通过传动组件驱动所述封闭部；所述封闭部运动以封闭或打开所述第一开口和第二开口的至少一者。

上述的低温冲击试验装置，所述封闭部包括至少两个封闭片，多个所述封闭片中心对称布置。

上述的低温冲击试验装置，所述封闭部有两个，两个所述封闭部分别封闭所述第一开口和第二开口。

上述的低温冲击试验装置，所述封闭部包括两个半圆封闭片，两个所述半圆封闭片的一端均设置有转动手柄，两个所述转动手柄通过转轴转动连接；

所述传动组件包括往复拉动杆，两个所述转动手柄上均设置有条形孔，所述往复拉动杆穿过两个所述条形孔并连接于其中一个所述传动手柄上，所述往复拉动杆拉动以使得两个所述转动手柄转动以靠近或远离。

在上述技术方案中，本发明提供的分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，通过第一冲击腔以及第二冲击腔使得入射杆和透射杆整体都位于低温超低温环境中，而通过第一开口实现子弹的入射，不妨碍试验的进行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例提供的低温冲击试验装置的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例提供的低温冲击试验装置的结构示意图；

图3为本发明再一种实施例提供的低温冲击试验装置的结构示意图；

图4为本发明一种实施例提供的试验舱的剖视图；

图5为本发明另一种实施例提供的试验舱的剖视图；

图6为本发明一种实施例提供的卷收控制组件的结构示意图；

图7为本发明另一种实施例提供的卷收控制组件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的自动封口组件的封闭状态下的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的自动封口组件的打开状态下的结构示意图；

图10为本发明一种实施例提供的试样传动机构的结构示意图；

图11为本发明另一种实施例提供的试样传动机构的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的电磁机构和磁铁的磁吸状态的示意图；

图13为本发明实施例提供的电磁机构和磁铁的相斥状态的示意图。

附图标记说明：

1、试验舱；1.1、第一冲击腔；1.11、第一开口；1.2、试验腔；1.3、第二冲击腔；1.31、第二开口；2、入射杆；3、透射杆；4、低温气体机构；5、击溃封闭部；6、卷收控制组件；7、软质片；8、卷集件；9、抽拉件；10、自动封口组件；10.1、传动组件；10.11、转动手柄；10.12、转轴；10.13、往复拉动杆；10.2、封闭部；10.21、半圆封闭片；11、试样传动机构；11.1、电磁机构；11.2、卷绕筒；11.3、试样挂接片；11.31、软片结构；11.32、重力片；11.4、转动环；11.5、磁铁；11.6、弹簧；12、试样；13、易撕结构；14、易撕痕。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1-13所示，本发明实施例提供的一种分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，包括试验舱1，所述试验舱1内依次布置有第一冲击腔1.1、试验腔1.2以及第二冲击腔1.3；所述第一冲击腔1.1上设置有第一开口1.11，分离式霍普金森压杆的入射杆2的非夹持端位于所述第一开口1.11中，所述第二冲击腔1.3上设置有第二开口1.31，分离式霍普金森压杆的透射杆3的非夹持端位于所述第二开口1.31中；还包括低温气体机构4，其用于向所述第一冲击腔1.1、试验腔1.2以及第二冲击腔1.3输入低温气体，子弹撞击入射杆2过程中低温气体从所述第一开口1.11和第二开口1.31处溢出。

具体的，本实施例提供的低温冲击装置的原理与现有技术相同，即试验对象夹持于入射杆2和投射杆之间，高速入射的子弹撞击入射杆2，观察记录撞击过程中的相应数据即完成试验，其对应的各辅助机构如调平机构等也可相同或相似。本实施例的核心创新点之一在于在现有的一个低温的试验腔1.2的两侧各布置一个低温的冲击腔：第一冲击腔1.1和第二冲击腔1.3，也即试验舱1依次并排设置有三个腔体：第一冲击腔1.1、试验腔1.2以及第二冲击腔1.3，其一冲击腔上背离试验腔1.2的侧壁板上设置有第一开口1.11，第二冲击腔1.3上背离试验腔1.2的侧壁板上设置有第二开口1.31，使用时，入射杆2整体布置于第一冲击腔1.1和试验腔1.2中，其中，入射杆2的夹持端位于试验腔1.2中，其杆体位于试验腔1.2和第一冲击腔1.1中，而非夹持端(即与夹持端相对设置的另一端)则位于第一开口1.11中，透射杆3的夹持端也位于试验腔1.2中，与入射杆2的夹持端相对设置以夹持试验对象，透射杆3整体位于试验腔1.2和第二冲击腔1.3中，而其非夹持端(即与夹持端相对设置的另一端)则位于第二开口1.31中。低温气体机构4用于提供低温的气体，如低温或超低温氮气，低温气体机构4将低温的气体输送向第一冲击腔1.1、试验腔1.2以及第二冲击腔1.3，如此在这三个腔体中均营造试验需要的低温环境，使得试验过程中入射杆2和透射杆3均整体处于低温环境中。

本实施例提供的低温冲击试验装置，第一开口1.11和第二开口1.31可以处于敞开状态，子弹入射前低温气体会源源不断的从两个开口溢出，这些低温气体是试验的损耗，作为可选的，也可以为第一开口1.11和第二开口1.31布置有密封装置，子弹撞击时密封装置才打开，也即仅子弹撞击过程才会有低温气体溢出，损耗较少。

本实施例提供的低温冲击试验装置，试验时，向第一冲击腔1.1、试验腔1.2以及第二冲击腔1.3均输入低温气体以获取相应的试验环境，随后发射子弹进入第一开口1.11以撞击入射杆2从而完成相应试验。

本发明实施例提供的分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，通过第一冲击腔1.1以及第二冲击腔1.3使得入射杆2和透射杆3整体都位于低温超低温环境中，而通过第一开口1.11实现子弹的入射，不妨碍试验的进行。

本发明提供的各实施例中，进一步的，第一冲击腔1.1、试验腔1.2以及第二冲击腔1.3等三腔可以分别设置一个进气口一个出气口，如此低温气体机构4分别单独的向三个腔体输入低温气体。作为可选的实施例，也可以仅其中一个腔体上设置有进气口，相邻腔体间设置有连通孔，如此低温气体机构4通过进气口向其中一个腔体输入低温气体，该腔体则通过连通孔向另外的两个腔体输送低温气体，如低温气体机构4向试验腔1.2输入低温气体，试验腔1.2向所述第一冲击腔1.1和所述第二冲击腔1.3的输出低温气体。

本发明提供的另一个实施例中，进一步的，所述第一开口1.11和第二开口1.31中的至少一者上设置有击溃封闭部10.25，子弹穿过所述击溃封闭部10.25后撞击所述入射杆2，击溃封闭部10.25为子弹可以穿过且动能基本不受影响的结构，优选为薄膜状结构如塑料薄膜，由于撞击杆也即子弹的动能极大，其穿过塑料薄膜后动能基本不受影响，如此对试验结果的影响可以忽略不计。

更进一步的，击溃封闭部10.25上设置有压痕，压痕为击溃封闭部10.25上的应力薄弱部位，如易撕痕14等等，其作用在于，当子弹撞击时让击溃封闭部10.25以压痕处断开，通过设计压痕的形状提前设计好撕开位置，防止子弹的端部带着被撕裂的击溃封闭部10.25去撞击入射杆2，导致试验结果出现偏差。

本发明提供的另一个实施例中，再进一步的，还包括卷收控制组件6，卷收控制组件6用于整体的对击溃封闭部10.25进行抽拉，拉动击溃封闭部10.25以一个一个的进行试验，而无需每次均单独布置一次击溃封闭部10.25，结构上述卷收控制组件6包括卷集件8和抽拉件9，卷集件8转动连接于所述试验舱1的舱体上，所述抽拉件9活动连接于所述舱体上；所述击溃封闭部10.25为软质片7，一系列的击溃封闭部10.25组成长条的软片，这个长条的软片卷绕于所述卷集件8上，其一端拉出连接到所述抽拉件9上，软片上位于卷集件8和抽拉件9之间的部分覆盖于第一开口1.11上，相应的，也可以设置同一套结构于第二开口1.31上，如此也封闭第二开口1.31，此时拉动抽拉件9或者转动抽拉件9就可以将软片从卷集件8上源源不断的拉出，优选的，抽拉件9转动连接于所述舱体上，软片的另一端卷绕于所述抽拉件9上，当一次实验结束后，子弹在软片上穿过形成一个孔洞，然后拉到抽拉件9让新的部分覆盖到第一开口1.11上以封闭第一开口1.11，进行下一次实验。

进一步的，试验舱1上设置有凸柱，凸柱为长方体柱体，凸柱上开孔以形成第一开口1.11，软片的中部成U形结构，U形结构套接到长方体柱体上，如此可以较为紧密的密封到第一开口1.11上。

本发明提供的再一个实施例中，再进一步的，还包括自动封口组件10，击溃封闭部10.25由于需要被被损坏，其厚度和强度都不能够太大，使得其保温能力较弱甚至没有保温能力，通过自动封口组件10解决该问题，自动封口组件10用于自动的封闭和打开第一开口1.11和/或第二开口1.31，自动封口组件10其包括控制器、驱动单元、传动组件10.1以及封闭部10.2，所述控制器控制所述驱动单元，控制器为自动控制机构，如微处理器，驱动单元如电机、液压驱动单元，所述驱动单元通过传动组件10.1驱动所述封闭部10.2，所述封闭部10.2运动以封闭或打开所述第一开口1.11和第二开口1.31的至少一者，封闭部10.2用于封闭第一开口1.11和/或第二开口1.31，封闭部10.2为可以打开或封闭第一开口1.11，如转动连接于试验舱1的舱体上一个板材，其转动以封闭和打开第一开口1.11，又或者一个板材滑动连接于舱体上，其滑动以打开第一开口1.11，相应的结构可以配置以封闭和打开第二开口1.31。本实施例中，控制器实现对自动封口组件10的自动控制，在子弹发射前自动打开第一开口1.11和第二开口1.31，在子弹撞击时打开第一开口1.11和第二开口1.31。

本实施例中，优选的，所述封闭部10.2有两个，两个所述封闭部10.2分别封闭所述第一开口1.11和第二开口1.31。

进一步的，所述封闭部10.2包括至少两个封闭片，多个所述封闭片中心对称布置，封闭部10.2包括两个半圆封闭片10.21，两个所述半圆封闭片10.21的一端均设置有转动手柄10.11，两个所述转动手柄10.11通过转轴10.12转动连接，如此转动手柄10.11围绕转轴10.12转动即可打开和封闭两个半圆封闭片10.21，所述传动组件10.1包括往复拉动杆10.13，两个所述转动手柄10.11上均设置有条形孔，所述往复拉动杆10.13穿过两个所述条形孔并连接于其中一个所述传动手柄上，所述往复拉动杆10.13拉动以使得两个所述转动手柄10.11转动以靠近或远离，往复拉动杆10.13拉动使得两个转动手柄10.11靠近，两个转动手柄10.11靠近使得两个半圆封闭片10.21转离，从而打开第一开口1.11或第二开口1.31，松开往复拉动杆10.13使得两个转动手柄10.11远离，从而使得两个半圆封闭片10.21靠拢合并，从而封闭第一开口1.11或第二开口1.31。

本发明提供的再一个实施例中，再进一步的，还包括试样传动机构11，试样传动机构11包括电磁机构11.1、转动架以及试样12挂接片11.3，试样12挂接片11.3为条状的软片结构11.31，多个试样12依次布置到软片结构11.31上，各试样12均通过易撕结构13连接到试样12挂接片11.3上，易撕结构13与易撕痕14功能相同的结构，转动架包括卷绕筒11.2，卷绕筒11.2的两端各设置有一个转动环11.4，转动环11.4上沿着环向布置有多个磁铁11.5，转动架以卷绕筒11.2的轴线为中心线转动连接于试验腔1.2内，本实施例中，电磁机构11.1布置到试验腔1.2的外侧，而转动架及试样12挂接片11.3位于试样12腔的内侧，转动环11.4上的磁铁11.5与电磁机构11.1隔着试验腔1.2的壁板相对磁吸或相斥，如此设置的作用在于，在起始位置，电磁机构11.1的电磁铁与转动环11.4上的磁铁11.5相磁吸，此时转动环11.4所在位置使得其中一个试样12被入射杆2和透射杆3夹持，试验时，夹持的试样12被撞击，易撕痕14断裂，试样12掉落，此时控制电磁机构11.1，使得其磁极改变，与相对布置的磁铁11.5相斥，该磁铁11.5相斥力驱动转动环11.4转动，转动环11.4的转动使得卷绕筒11.2同步转动，从而卷起软片结构11.31，软片结构11.31上移带动下一个试样12进入试验位置，此时转动环11.4上的下一个磁铁11.5与电磁机构11.1相对并实现磁吸，也即转动环11.4上两个磁铁11.5的转动幅度在角度上的转动幅度设置为与两个试样12的上升幅度相对应，下一个磁铁11.5与电磁机构11.1磁吸对应下一个试样12进入试验位置。如此设置的优点在于，传动结构和驱动结构独立的布置于试验腔1.2的内外侧，相互之间不接触，不会因为温度的剧烈变化影响传动效果，而且，试验腔1.2内部结构为全机械结构，低温下性能更为可靠，而且磁吸具有自动定位效果，使得定位效果更好。

进一步的，转动环11.4上的磁铁11.5的角度被布置为，磁铁11.5在与电磁结构的电磁铁磁吸时，其与电磁结构倾斜布置，如此设置的作用在于，磁铁11.5倾斜布置使得其表面受到的力不一样，如此当电磁结构改为相斥力时，具有更好的驱动效果，但是相吸时牺牲了一部分吸力。

更进一步的，磁铁11.5的一端转动连接于转动环11.4上，而另一端通过弹簧连接于转动环11.4上，工作时，当磁铁11.5与电磁铁相吸时，由于吸引力，使得弹簧伸长，磁铁11.5与电磁铁两者的相吸面平行布置，此时吸力较大，而当电磁铁转变磁极变为与磁铁11.5相斥力，由于相斥，弹簧被压缩，此时磁铁11.5与电磁铁两者的相斥面倾斜布置，倾斜面收到的斥力不一，具有更好的转动驱动效果。结构上，磁铁11.5可套接于一卡接盘上，卡接盘一端转动连接于转动环11.4上，而另一端通过弹簧连接于转动环11.4上从而实现磁铁11.5相应的连接。

本实施例中，所有磁铁11.5的磁极布置方向可以是一致的，如N极朝向转动环11.4的外侧，S极朝向内侧，如此工作时对于每一次转动，电磁铁需要两次转向，其电磁铁的一端为S极与N极相吸，转动时电磁铁转变为N极与N极相斥，随后当转动环11.4转动后电磁铁转变为S极与下一个N极相吸。显然的该过程可能使得转动环11.4的驱动出现问题，进一步的，转动环11.4上的各磁铁11.5的磁极交替布置，即一个电磁铁为N极向外，下一个为S极向外，如此工作时，对于电磁铁进行转换一次磁极即可，容错率更高。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，试样12挂接片11.3包括中部软片结构11.31，软片结构11.31的两侧各设置有一个重力片11.32，如薄片状的软片结构11.31两侧各设置一个橡胶片作为重力片11.32，重力片11.32可以使得试样12挂接片11.3处于完全的垂直的状态，更加便于试样12的准确定位。而且在卷绕时，相比软片结构11.31，重力片11.32的厚度可以准确的测算，更加便于卷绕后计算卷绕幅度。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种分离式霍普金森压杆的低温冲击试验装置，包括试验舱，其特征在于，所述试验舱内依次布置有第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔；

所述第一冲击腔上设置有第一开口，分离式霍普金森压杆的入射杆的非夹持端位于所述第一开口中，所述第二冲击腔上设置有第二开口，分离式霍普金森压杆的透射杆的非夹持端位于所述第二开口中；

还包括低温气体机构，其用于向所述第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔输入低温气体，子弹撞击入射杆过程中低温气体从所述第一开口和第二开口处溢出。

2.根据权利要求1所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述低温气体机构分别向所述第一冲击腔、试验腔以及第二冲击腔输入低温气体。

3.根据权利要求1所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述低温气体机构向所述试验腔输入低温气体，所述试验腔向所述第一冲击腔和所述第二冲击腔的输出低温气体。

4.根据权利要求1所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述第一开口和第二开口中的至少一者上设置有击溃封闭部，所述子弹穿过所述击溃封闭部后撞击所述入射杆。

5.根据权利要求4所述的低温冲击试验装置，其特征在于，还包括卷收控制组件，所述卷收控制组件包括卷集件和抽拉件，所述卷集件转动连接于所述试验舱的舱体上，所述抽拉件活动连接于所述舱体上；

多个所述击溃封闭部布置于软质片上，所述软质片的一端卷绕于所述卷集件上，所述软质片的另一端连接于所述抽拉件上，所述软质片的中部封闭于所述第一开口和第二开口中的至少一者上。

6.根据权利要求5所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述抽拉件转动连接于所述舱体上，所述击溃封闭部的另一端卷绕于所述抽拉件上。

7.根据权利要求1所述的低温冲击试验装置，其特征在于，还包括：

自动封口组件，其包括控制器、驱动单元、传动组件以及封闭部，所述控制器控制所述驱动单元，所述驱动单元通过传动组件驱动所述封闭部；所述封闭部运动以封闭或打开所述第一开口和第二开口的至少一者。

8.根据权利要求7所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述封闭部包括至少两个封闭片，多个所述封闭片中心对称布置。

9.根据权利要求8所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述封闭部有两个，两个所述封闭部分别封闭所述第一开口和第二开口。

10.根据权利要求9所述的低温冲击试验装置，其特征在于，所述封闭部包括两个半圆封闭片，两个所述半圆封闭片的一端均设置有转动手柄，两个所述转动手柄通过转轴转动连接；

所述传动组件包括往复拉动杆，两个所述转动手柄上均设置有条形孔，所述往复拉动杆穿过两个所述条形孔并连接于其中一个所述传动手柄上，所述往复拉动杆拉动以使得两个所述转动手柄转动以靠近或远离。

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