CN112304785B - 一种防止试件脱落的霍普金森杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止试件脱落的霍普金森杆装置，包括两个同轴且相对放置的杆件，两所述杆件的端部之间留有试件放置区域，每个杆件在靠近所述试件放置区域的端部上均套设有收缩管构件，所述收缩管构件周向上均匀设置有两个以上槽条制动构件，两杆件相对的所述槽条制动构件之间活动穿设有槽条，所述槽条制动构件顶部设有将所述槽条压紧定位的槽条夹，所述槽条沿着所述杆件的轴向方向布置，并且每个槽条中部均设有试件径向限位块与试件接触。本发明防止试件在实验中过早与杆件分离，不仅能有效避免因试件移位导致的实验终止甚至失效，提高实验的准确度；还能延长应力波在杆件和试件内传播的时间，使实验更符合霍普金森杆技术中的“均匀性”假定。

Description

一种防止试件脱落的霍普金森杆装置

技术领域

本发明涉及力学试验仪器领域，更具体地说，是涉及一种防止试件脱落的霍普金森杆装置。

背景技术

在各项工程和科学研究遇到的一系列问题中，会出现各式各样的爆炸或冲击荷载问题，而这类高应变率的荷载与静荷载有显著区别。霍普金森杆动态实验技术就是针对材料在冲击加载下的力学响应的相关研究技术，可通过此技术来获得材料在各种动态应变率下的应力应变曲线，为建立材料本构关系提供数值依据。

霍普金森杆系统由发射装置、子弹、入射杆、透射杆、能量吸收装置和数据采集系统组成。试件被夹在入射杆和透射杆之间，子弹受高压气体推动，从发射装置中以一定速度(由测速仪测出)射出，撞击入射杆，在入射杆中形成一个压力脉冲，即入射波(由贴在入射杆上的电阻应变片测得)，压力脉冲在入射杆中向前传播，当传至入射杆与试件界面时，由于试件材料和透射杆材料的惯性效应，整个试件将被压缩。同时，由于杆与试件之间的波阻抗差异，入射波被部分反射为反射波重新返回入射杆，而另一部分则透过试件作为透射波进入透射杆。反射波还由贴在入射杆上的电阻应变片测得，透射波由透射杆上的电阻应变片测得，由测得的入射波、反射波和透射波就可以处理得到材料的动态力学性能数据。

根据霍普金森压杆实验的技术要点，在实验过程中需要将试件夹置于两根杆件之间，同时需要在试件端面涂抹润滑剂以减小摩擦效应，或是对于某些特殊需要时要对试件和杆件之间使用胶水粘合。若要对尺寸较大和密度较大的试件进行实验时，则容易出现试件移位或滑落。

现有的试件夹持装置，只提供轴向的夹持，但径向的限制未能解决，容易出现径向的位置移动，或者是提供径向夹持却不能很好解决杆件因整体运动过早与试件分离，以致不能更好地接近“均匀性”假定条件。而有的现有的试件支撑装置，提供了径向限制，但不能很好地实现轴向夹持,并由于径向限制的装置与试件面积接触大而导致容易出现环箍效应，进而影响实验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种防止试件脱落的霍普金森杆装置，以克服现有技术中试件容易移位或滑落的问题。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种防止试件脱落的霍普金森杆装置，包括两个同轴且相对放置的杆件，两所述杆件的端部之间留有用于放置待检测试件的试件放置区域，每个所述杆件在靠近所述试件放置区域的端部上均套设有装置固定件，所述装置固定件上均套设有收缩管构件，所述收缩管构件周向上均匀设置有两个以上的槽条制动构件，两个杆件上相对的槽条制动构件之间活动穿设有槽条，所述槽条制动构件顶部设有将所述槽条压紧定位的槽条夹，所述槽条沿着所述杆件的轴向方向布置，并且每个所述槽条中部均设有面向所述试件区域的试件径向限位块。

本发明的设计要点是在两个所述杆件的相对应端部均套设可以拆卸的收缩管构件，并在所述收缩管构件上设置槽条制动构件，利用类似翻扣皮带腰带的锁紧原理，对两个所述杆件相对的槽条制动构件之间的槽条压紧定位，并利用槽条上的试件径向限位块补充本发明装置的半径差，与试件进行点接触。如此设置，使得本发明能够对试件实施柔性的径向定位之余，还防止了因为限制面过大而出现的环箍效应，再配合杆件端面与试件的常规接触，全方位地对试件进行精准有效地夹持。

补充一点的是，实际情况中槽条的尺寸相对于所述试件放置区域的试件来说很小，未形成真正意义上的周向包覆，因此槽条对试件的环箍效应的影响可以忽略不计。

作为本发明的进一步优化方案，所述槽条制动构件底部设有条形腔，两个所述杆件上相对的所述条形腔之间活动穿设有所述槽条；所述槽条为扁带形状，所述槽条朝向所述试件放置区域的一面设有等距排列的槽条槽位；所述条形腔在面向所述槽条槽位的内壁上设有等距排列的槽条限位构件凸起，所述槽条限位构件凸起与所述槽条槽位的形状尺寸相匹配。

作为本发明的进一步优化方案，所述槽条制动构件顶部固定设有两对称凸起的槽条夹限位构件，两所述槽条夹限位构件之间连接有槽条夹限位构件轴，所述槽条夹限位构件轴上同轴安装有所述槽条夹，所述槽条夹在该安装处设有朝向所述条形腔的凸轮，所述槽条夹在绕轴转动过程中，所述凸轮逐渐挤压所述槽条，以将所述槽条槽位压入到所述槽条限位构件凸起之内，实现所述槽条的定位。

作为本发明的进一步优化方案，所述条形腔顶部在靠近所述槽条夹限位构件轴的区域设有开口，以确保所述槽条夹凸轮能够与所述槽条接触。

作为本发明的进一步优化方案，所述杆件周面上套设有热敏收缩管，所述热敏收缩管一端位于所述装置固定件与收缩管构件之间，一端远离所述试件放置区域，所述热敏收缩管在加热作用下能够紧密包覆所述杆件以及所述装置固定件的周面，利用热缩管材料的耐磨性能加大所述装置固定件与收缩管构件之间的摩擦力，减少所述收缩管构件在受力情况下沿周向或者轴向的移位，进而强化所述槽条对于试件的定位能力。

作为本发明的进一步优化方案，所述装置固定件、热敏收缩管、收缩管构件采用连接柱件连接为一体，所述连接柱件为带内螺纹孔的销钉形式，用于实现所述收缩管构件的周向定位。

作为本发明的进一步优化方案，所述收缩管构件上贯穿安装有若干个沿着所述杆件轴心周向排列的装置固定螺栓，所述装置固定螺栓能够在外力作用下穿过所述热敏收缩管并嵌进所述装置固定件周面上相应设置的孔位，从而将所述收缩管构件径向压紧。

作为本发明的进一步优化方案，所述热敏收缩管在远离所述试件放置区域的端部安装有热缩管加紧限位环，以将该端部压紧，避免所述热敏收缩管在热缩过程中发生强烈皱缩而影响其对所述收缩管构件的作用效果。

作为本发明的进一步优化方案，所述装置固定件、热敏收缩管、收缩管构件、槽条制动构件相对于所述试件放置区域作镜像设置；并且每个所述收缩管构件都应当设置在所述杆件的端部边沿，避免两个所述收缩管构件之间的槽条与杆件接触，继而对试件周面产生不必要的新增应力；而且两个杆件之间相对的槽条制动构件作镜像对称设置，能确保当中的所述槽条始终位于杆件轴向方向上，其受力方向与应力波传导方向一致，避免槽条在实验过程中出现不必要的晃动。

作为本发明的进一步优化方案，所述试件径向限位块在朝向所述试件放置区域的端面上设置径向限位块软垫。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明利用两杆件的端面对试件进行轴向夹持，在此基础上，通过设置槽条制动构件以及穿设在两两槽条制动构件之间的槽条，在径向上实现对于试件的柔性定位，进一步地，所述槽条是利用试件径向限位块与试件点对点接触，尽可能减少对于试件周面的限制，在全方位夹持的同时有效规避了环箍效应的发生，为本发明方案的实用性提供有力支持；本发明在所述杆件的外表面设置有装置固定件，减少在装拆收缩管构件、热敏收缩管等夹持部件时对于所述杆件表面的损伤，以保持杆件的横截面均匀度；本发明在所述装置固定件与所述收缩管构件之间设置有热敏收缩管，以增大所述收缩管构件所受到的摩擦力，继而进一步稳固所述槽条的轴向定位。

本发明增设了径向夹持装置，避免杆件的整体运动使试件在实验中过早与杆件分离，例如试件在实验中因自身重力原因滑脱等情况，不仅能有效避免因试件移位导致的实验终止甚至失效，还能延长应力波在杆件和试件内传播的时间，更好地使实验符合霍普金森杆技术中的“均匀性”假定。

本发明设计合理，操作简单，拆装便利，省时省力，能够有效提高霍普金森杆实验的连续性与准确性，在力学试验仪器领域对于防止试件脱落的应用具有重要的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实施例的装配结构示意图；

图2为图1在杆件端部的剖面示意图；

图3为图2中A部位的局部放大图；

图4为本实施例的槽条制动构件的剖面示意图；

图5为本实施例的槽条制动构件的局部示意图；

图6为本实施例的槽条制动构件的局部示意图(另一角度)；

图中，1-杆件；2-装置固定件；3-热敏收缩管；4-收缩管固定构件；5-槽条制动构件；51-条形腔；6-槽条夹；7-槽条夹限位构件；8-装置固定螺栓；9-连接柱件；10-槽条夹限位构件轴；11-槽条限位构件凸起；12-槽条；13-槽条槽位；14-试件径向限位块；15-径向限位块软垫；16-热缩管加紧限位环；17-试件区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实施例提供了一种防止试件脱落的霍普金森杆装置，该装置包括两个同轴且相对放置的杆件1，其中一个为输入杆，一个为输出杆，两所述杆件1的端面竖直平齐，并且两相对的端面之间留有用于放置待检测试件的试件放置区域17，每个所述杆件1在靠近所述试件放置区域17的端部边沿均紧密套设有圆带状的装置固定件2，所述装置固定件2表面从内往外依次活动套设有热敏收缩管3和圆带状的收缩管构件4。

如图2所示，所述装置固定件2、热敏收缩管3、收缩管构件4的周面上设有若干个相互对应的孔位，本实施例将连接柱件9嵌进孔位之中，从而对所述收缩管构件4进行周向和轴向定位。除此之外，所述装置固定件2上还沿周向均匀设置有若干个内螺纹孔，所述热敏收缩管3和收缩管构件4上对应设有通孔，本实施例采用装置固定螺栓8依次穿过所述收缩管构件4和热敏收缩管3，并且旋进所述内螺纹孔，利用螺栓旋转带动位移的原理，往内挤压所述收缩管构件4，使得热敏收缩管3完全填充所述装置固定件2和收缩管构件4之间的空隙，实现所述收缩管构件4的径向定位。

补充说明的是，本实施例关于所述收缩管构件4的安装方案中，所述装置固定螺栓8的有效长度不得超过所述装置固定件2、热敏收缩管3、收缩管构件4叠加起来的厚度，以此确保所述装置固定螺栓8能够有效压紧三者；为方便操作人员的拧紧操作，本实施例采用蝶形螺栓，以省却装配工具的使用；所述收缩管构件4的内径仅略大于所述热敏收缩管3的外径，并且所述收缩管构件4采用壁厚1-2mm的钢条制成，尺寸与材质两者结合，以保证所述收缩管构件4能呈现适当的变形量，能被均匀压紧在所述装置固定件2的周面上。

当然，上述安装方案中采用的连接柱件连接形式、螺栓压紧形式、蝶形螺栓结构仅作为本发明的一种优选建议，实际情况中还可以采用其他零件以达到相同的紧固效果，在此不作具体限定。

如图3-6所示，所述收缩管构件4的周面上绕轴均匀设有两个槽条制动构件5，所述槽条制动构件5底部设有条形腔51，两个所述杆件1上相对的所述条形腔51之间活动穿设有槽条12，本实施例中两个所述杆件1上相对的所述槽条制动构件5相对于所述试件放置区域17作镜像对称，使得所述槽条12始终沿着所述杆件1的轴向方向延伸，所述槽条制动构件5顶部设有槽条夹6，能够将所述槽条12压紧定位。

具体地，所述槽条12朝向所述试件放置区域17的一面设有等距排列的槽条槽位13，所述条形腔51在面向所述槽条槽位13的内壁上设有等距排列的槽条限位构件凸起11，所述槽条限位构件凸起11与所述槽条槽位13的形状尺寸相匹配。所述槽条制动构件5顶部固定设有两对称凸起的槽条夹限位构件7，两所述槽条夹限位构件7之间连接有槽条夹限位构件轴10，所述槽条夹限位构件轴10上活动安装有所述槽条夹6，所述槽条夹6在该安装处设有朝向所述条形腔51的凸轮，所述槽条夹6在绕轴转动过程中，所述凸轮逐渐挤压所述槽条12，以将所述槽条槽位13压入到所述槽条限位构件凸起11之内，实现所述槽条12的定位。当然，所述条形腔51顶部在靠近所述槽条夹限位构件轴10的区域设有开口，确保所述槽条夹6凸轮能够与所述槽条12接触。

由于所述槽条制动构件5的位置设定，本实施例的两个所述槽条12沿着杆件1的轴线作相互对称的，所述槽条12中间都设有面向所述试件放置区域17的试件径向限位块14，从而补充本装置形成的半径差，实现与试件的周面接触。所述试件径向限位块14具体为圆饼形状，其朝向所述试件放置区域17的端面为圆形平面，并且此端面上贴附有形状大小一致的径向限位块软垫15，所述径向限位块软垫15建议使用易于替换并且防水防污的泡棉胶纸，其具有良好的防震缓冲，有利于保持与试件的稳定接触。

应当理解的是，所述装置固定件2、热敏收缩管3、收缩管构件4、槽条制动构件5、槽条夹6、槽条12等零件构成了本发明的试件夹持装置，所述试件夹持装置是相对于所述试件放置区域17作镜像对称的，也就是说两个杆件1上相对的所述槽条制动构件5的位置是一一对应的，因此所述槽条制动构件5之间穿设的槽条12始终沿着杆件1的轴向方向布置，使得在霍普金森杆实验中所述槽条12的走向与应力波传导方向保持一致，且这样的布置方法也可减少所述槽条12自身产生的晃动，避免对试件周面形成额外的冲击干扰。

本实施例中，所述热敏收缩管3一端位于所述装置固定件2与收缩管构件4之间，一端远离所述试件放置区域，所述热敏收缩管3在远离所述试件放置区域的端部设置有热缩管加紧限位环16，以将该端部压紧，避免所述热敏收缩管3在热缩过程中发生强烈皱缩而影响其对所述收缩管构件的作用效果。

在此简述一下本实施例中夹持装置的工作方式：

在霍普金森杆实验的准备阶段，需要依次将所述装置固定件2、热敏收缩管3、收缩管构件4逐一套入所述杆件1外周面，使用所述连接柱件9将所述热敏收缩管3与收缩管构件4初步定位，另一杆件1的端部也作同样处理，随后往每两个相对的槽条制动构件5之间穿设槽条12。在此过程中，需确保所有的槽条制动构件5都位于所述收缩管构件4的左右两端，以保证槽条12只从水平方向上夹持试件，以减少环箍效应。

调整两杆件1的位置，从而对试件进行轴向夹持，调整完毕后，手动依次按下所有未夹紧的槽条夹6，所述槽条夹6继而绕着槽条夹限位构件轴10旋转并利用其凸轮外壁与槽条12表面接触，达到一定位移时，槽条12中的槽条槽位13会与槽条限位构件凸起11相匹配，以将所述槽条12压紧定位。在槽条12定位过程中，试件径向限位块14能够补偿夹持装置所带来的半径差，并利用径向限位块软垫15与试件接触，至此，试件的轴向和径向均被限制。

在实验过程中，当其中一个杆件1(入射杆)经过子弹冲击后，应力波在另一个杆件1(入射杆)内向近试件端传播，若要实现试件的“均匀性”假定，则需要一定时间让应力波在杆件和试件内来回传播数次。因此，所述装置固定螺栓8、热敏收缩管3以及热缩管加紧限位环16，可以保护所述试件夹持装置在实验过程中不会随杆件1的移动而产生轴向位移，以延长时间来实现应力波在杆件和试件传播数次。

当需要拆卸所述试件夹持装置时，则按上述的安装步骤方向反向操作。其中若要对热敏收缩管3更换处理，则需要将其破坏才能取出，具体地说，需要将连接柱件9手动用力拔出，拧松装置固定螺栓8，使装置固定件2、装置固定螺栓8、连接柱件9和收缩管固定构件4互相分离，最后进行热敏收缩管3的拆除。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：包括两个同轴且相对放置的杆件，两所述杆件的端部之间留有用于放置待检测试件的试件放置区域，每个所述杆件在靠近所述试件放置区域的端部上均套设有装置固定件，所述装置固定件上均套设有收缩管构件，所述收缩管构件周向上均匀设置有两个以上的槽条制动构件，所述槽条制动构件底部设有条形腔，两个杆件上相对的所述条形腔之间活动穿设有扁带形状的槽条，所述槽条朝向所述试件放置区域的一面设有等距排列的槽条槽位，所述条形腔在面向所述槽条槽位的内壁上设有等距排列的槽条限位构件凸起，所述槽条限位构件凸起与所述槽条槽位的形状尺寸相匹配；所述槽条制动构件顶部设有将所述槽条压紧定位的槽条夹，所述槽条沿着所述杆件的轴向方向布置，并且每个所述槽条中部均设有面向所述试件放置 区域的试件径向限位块；所述杆件周面上套设有热敏收缩管，所述热敏收缩管一端位于所述装置固定件与收缩管构件之间，一端远离所述试件放置区域，所述热敏收缩管在加热作用下能够紧密包覆所述杆件以及所述装置固定件的周面；所述装置固定件、热敏收缩管、收缩管构件的周面上设有若干个相互对应的孔位，孔位中嵌有用于连为一体的连接柱件。

2.根据权利要求1所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述槽条制动构件顶部固定设有两对称凸起的槽条夹限位构件，两所述槽条夹限位构件之间连接有槽条夹限位构件轴，所述槽条夹限位构件轴上同轴安装有所述槽条夹，所述槽条夹在该安装处设有朝向所述条形腔的凸轮，所述槽条夹在绕轴转动过程中，所述凸轮逐渐挤压所述槽条，以将所述槽条槽位压入到所述槽条限位构件凸起之内，实现所述槽条的定位。

3.根据权利要求2所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述条形腔顶部在靠近所述槽条夹限位构件轴的区域设有开口，以确保所述槽条夹凸轮能够与所述槽条接触。

4.根据权利要求1所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述连接柱件为带内螺纹孔的销钉形式，用于实现所述收缩管构件的周向定位。

5.根据权利要求4所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述收缩管构件上贯穿安装有若干个沿着所述杆件轴心周向排列的装置固定螺栓，所述装置固定螺栓能够在外力作用下穿过所述热敏收缩管并嵌进所述装置固定件周面上相应设置的孔位，从而将所述收缩管构件径向压紧。

6.根据权利要求5所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述热敏收缩管在远离所述试件放置区域的端部安装有热缩管加紧限位环。

7.根据权利要求6所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述装置固定件、热敏收缩管、收缩管构件、槽条制动构件相对于所述试件放置区域作镜像设置。

8.根据权利要求1所述的防止试件脱落的霍普金森杆装置，其特征在于：所述试件径向限位块在朝向所述试件放置区域的端面上设置径向限位块软垫。

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