CN112816347A - 高应变率条件下npr锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法，包括支撑工作台，在支撑工作台上依次设有发射管、输入杆、冲击钢管和吸收装置，冲击钢管和输入杆可沿轴向移动，冲击钢管内同轴设有锚杆试样，冲击钢管的封口端与输入杆抵接、开口端通过承载盘与锚杆试样连接。本发明在传统的霍普金森压杆试验系统的基础上改进为霍普金森压杆动力冲击拉伸试验系统，实现了变“压”为“拉”的意图，使得锚杆拉伸试验得以在高应变率条件下进行，同时还可记录加载脉冲的应力应变和应力时间的动态曲线，便于研究微观NPR锚杆在高应变率条件下的变形动力学特性。

Description

高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法

技术领域

本发明属于锚杆力学性能研究技术领域，具体涉及高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，矿产资源开采和隧道工程建设逐渐由浅部走向深部。深度的增加导致地质环境愈发复杂，各种岩体大变形灾害始终高居不下。锚杆支护具有成本低、结构简单且使用方便等优点，已广泛应用于煤炭巷道、矿山边坡、公路隧道等岩土工程领域的加固。但普通锚杆/索普遍采用具有泊松比效应的传统材料加工而成(Poisson’sRatio，简称PR材料)，允许巷道围岩的变形量一般均在20mm以下，已无法满足深部围岩非线性大变形破坏特征，常出现锚杆破断失效的现象。针对上述问题，何满潮院士研发出一种新型能量吸收锚杆支护材料，称为微观NPR锚杆新材料(Negative Poisson’s Ratio，简称NPR)，这种锚杆材料对于解决深部岩体大变形灾害控制问题具有重要意义。

锚杆材料的力学性能是锚杆研制和工程应用的核心问题。力学性能试验方法根据应变率的范围，可分为静态、准静态、中等应变率和高应变率加载四个方面。静态、准静态力学试验均采用常规伺服式液压加载装置进行荷载的加载；中等应变率的力学试验加载方式多为落锤冲击和动态伺服式加载。绝大多数锚杆材料的力学性能试验均为静态、准静态和中等应变速率试验，例如静力拉伸试验和落锤冲击试验。迄今为止，大量的室内外静力学拉伸试验研究和现场试验工程实践应用不仅验证了微观NPR锚杆材料良好的力学特性，对基于微观NPR锚杆材料的围岩稳定性控制技术及相应支护对策的探讨和实践也取得良好效果。

一般而言，岩爆及爆炸荷载作用下的锚杆材料受力特征是高应变率研究范畴。高应变率加载相比中等应变率加载及准静态加载，材料惯性效应和应变率相关性成为影响材料动态力学特性的主要因素。受限于加载设备的缺乏，高应变率条件下锚杆材料力学性能主要采用现场爆炸的方式进行测试。试验危险性大，操作繁琐，严重影响试验的效率。因此，微观NPR锚杆材料在高应变率条件下能否呈现出优异的力学性能仍是未知，寻求一种效果良好的高应变率条件下微观NPR锚杆材料力学性能试验的方法，已经成为微观NPR锚杆材料力学特性研究中急需解决的问题之一。

分离式霍普金森压杆(SHPB)试验技术是研究材料高应变率力学行为的一项经典的技术。该试验可记录加载脉冲的应力应变和应力时间的动态曲线，研究材料在高应变率条件下动态特性。现有的分离式霍普金森压杆试验可以实现岩石样品高应变率单轴拉伸、压缩、剪切加载，但无法对微观NPR锚杆材料进行高应变率条件下的拉伸试验。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法，以至少解决目前爆炸试验危险性大，操作繁琐，严重影响试验的效率，以及现有分离式霍普金森压杆试验系统无法对微观NPR锚杆材料进行高应变率条件下的拉伸试验的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述试验装置包括支撑工作台，所述支撑工作台上设有发射管和吸收装置，所述发射管用于发射撞击杆，所述试验装置还包括：

输入杆，所述输入杆设置于所述发射管与所述吸收装置之间，所述输入杆与所述撞击杆同轴设置，且可轴向移动，所述撞击杆沿所述输入杆轴向撞击所述输入杆；

冲击钢管，所述冲击钢管设置于所述输入杆与吸收装置之间，所述冲击钢管与输入杆同轴设置，所述冲击钢管靠近输入杆的一端为封口端，所述封口端与输入杆的一端抵接，以用于承受输入杆的轴向冲击载荷；所述冲击钢管靠近吸收装置的一端为开口端，所述开口端用于锚杆试样在冲击钢管内的固定；

导向架，所述导向架设置于支撑工作台上，所述导向架上设有第一导向孔，所述冲击钢管穿设于所述第一导向孔内，所述导向架用于冲击钢管的支撑和导向；

试样固定座，所述试样固定座设置在支撑工作台上，所述冲击钢管上设置有贯穿侧壁的槽孔，所述槽孔用于供所述试样固定座穿过并伸入冲击钢管内，所述试样固定座用于锚杆试样的固定和导向；

锚杆试样，所述锚杆试样同轴设置于冲击钢管内，所述锚杆试样的一端部与试样固定座连接，另一端部与承载盘连接；

承载盘，所述承载盘与冲击钢管的开口端连接，用于将作用在冲击钢管上的冲击载荷转移至锚杆试样上。

优选的，所述导向架包括上导向架和下导向架，所述上导向架和下导向架通过第一连接螺栓连接为一体；所述上导向架上设有上半圆孔，所述下导向架上设有下半圆孔，所述上半圆孔与下半圆孔组成所述第一导向孔。

优选的，所述导向架设有多个，多个所述导向架沿冲击钢管轴向线性排布于支撑工作台上。

优选的，所述承载盘与冲击钢管同轴设置；所述冲击钢管的开口端与承载盘可拆卸连接；所述承载盘上设有与冲击钢管同轴的定位孔，所述定位孔用于锚杆试样与冲击钢管的同轴定位，所述试样固定座上设有与冲击钢管同轴的第二导向孔，所述第二导向孔用于锚杆试样的导向

优选的，所述承载盘的端面上圆周均布有若干第二连接通孔，所述冲击钢管的开口端的端面上圆周均布有与第二连接通孔一一对应的第二螺纹孔，所述第二连接通孔和第二螺纹孔内设有使承载盘与冲击钢管连接为一体的第二连接螺栓。

优选的，所述锚杆试样的两端部均设有外螺纹段，两个所述外螺纹段上均螺纹连接有连接螺母，旋拧于所述锚杆试样两端部的连接螺母使锚杆试样夹紧于试样固定座和承载盘之间。

优选的，所述抗拉试验装置还包括输入杆固定架，所述输入杆固定架设置于支撑工作台上，所述输入杆固定架上设有第三导向孔，所述第三导向孔与第一导向孔同轴，所述输入杆滑动连接于所述第三导向孔中。

优选的，所述输入杆固定架、导向架、试样固定座和吸收装置分别与支撑工作台可拆卸连接。

优选的，所述槽孔包括第一槽孔和第二槽孔，所述第二槽孔的槽长大于第一槽孔的槽长以及锚杆试样的拉伸长度；多个所述第一槽孔沿冲击钢管轴向线性排布于冲击钢管上侧的管壁上，所述第二槽孔沿冲击钢管轴向设置于冲击钢管下侧的管壁上，所述第二槽孔用于试样固定座的顶部伸入冲击钢管内，所述第一槽孔用于旋拧工具进入冲击钢管内并将连接螺母旋拧于锚杆试样上。

一种高应变率条件下微观NPR锚杆霍普金森抗拉试验方法，所述抗拉试验方法使用的是上述高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述抗拉试验方法包括以下步骤：

步骤S1，确保试验装置所处环境空旷安全，确保操作安全可靠；

步骤S2，对试验装置中各组件的接触部分涂抹黄油进行润滑，用以消除弥散效应和摩擦效应；

步骤S3，将输入杆固定架、试样固定座、导向架和吸收装置固定在支撑工作台上；

步骤S4，将输入杆固定在输入杆固定架的第三导向孔内，将冲击钢管固定在导向架的第一导向孔内，并确保输入杆与冲击钢管同轴；

步骤S5，将锚杆试样从冲击钢管的开口端穿入冲击钢管内，并在锚杆试样的端部从试样固定座的第二导向孔穿出后，先将一个连接螺母旋拧于锚杆试样左端的外螺纹段上，然后再将另一个连接螺母旋拧于贯穿承载盘的锚杆试样右端的外螺纹段上，最后用连接螺栓将承载盘与冲击钢管连接，并使输入杆的一端与冲击钢管的封口端抵接；

步骤S6，确保试验装置的各个连接处连接牢固；

步骤S7，启动发射管进行试验，并记录试验数据。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明在传统的霍普金森压杆试验系统的基础上改进为霍普金森压杆动力冲击拉伸试验系统，实现了变“压”为“拉”的意图，使得锚杆拉伸试验得以在高应变率条件下进行，同时还可记录加载脉冲的应力应变和应力时间的动态曲线，便于研究微观NPR锚杆在高应变率条件下的变形动力学特性。

冲击钢管、锚杆试样和承载盘与输入杆同轴设置，冲击钢管的一端封闭、另一端开口，承载盘与锚杆试样的一端部及冲击钢管的开口端连接，通过承载盘将输入杆作用在冲击钢管的封口端的冲击载荷完整的转移到锚杆试样上，实现了锚杆试样在高应变率条件下的拉伸特性研究。

线性排布于支撑工作台上的导向架可对冲击钢管起到支撑导向作用，以保证输入杆与冲击钢管同轴；顶部伸入冲击钢管的试样固定座可对锚杆试样起到固定导向作用，以保证锚杆试样与冲击钢管同轴。

导向架和试样固定座采用高强度铸钢材料，保证冲击过程中系统的稳定性。

锚杆试样同轴设置于冲击钢管内部，可杜绝锚杆试样破断时碎片飞溅现象的发生，保证了工作人员的人身安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的导向架的结构示意图；

图4为本发明实施例的承载盘的结构示意图；

图5为本发明实施例的试样固定座的结构示意图；

图6为本发明实施例的冲击钢管的俯视图；

图7为本发明实施例的冲击钢管的仰视图。

图中：1、支撑工作台；2、输入杆；3、吸收装置；4、冲击钢管；41、封口端；42、开口端；43、第一槽孔；44、第二槽孔；5、试样固定座；51、第二导向孔；6、导向架；61、第一导向孔；62、上导向架；63、下导向架；64、上半圆孔；65、下半圆孔；7、锚杆试样；71、连接螺母；8、承载盘；81、第二连接通孔；82、定位孔；9、输入杆固定架；10、发射管。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据本发明的实施例，如图1-图7所示，本发明公开了一种高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，应用于高应变率条件下微观NPR锚杆的拉伸特性研究。

抗拉试验装置包括支撑工作台1，支撑工作台1上设有发射管10和吸收装置3，发射管10可发射高速移动的撞击杆，撞击杆用于沿自身轴向撞击输入杆2；抗拉试验装置还包括：输入杆2；输入杆2设置于发射管10与吸收装置3之间，输入杆2与撞击杆同轴设置，且可轴向移动。冲击钢管4；冲击钢管4设置于输入杆2与吸收装置3之间，冲击钢管4与输入杆2同轴设置，冲击钢管4靠近输入杆2的一端为封口端，也就是图1中冲击钢管4的左端为封口端41，封口端41与输入杆2的一端抵接，以用于承受输入杆2的冲击载荷；冲击钢管4靠近吸收装置3的一端为开口端42，也就是图1中冲击钢管4的右端为开口端42，开口端42用于锚杆试样7进出冲击钢管4，以及锚杆试样7在冲击钢管4内的固定，锚杆试样7的一端部通过冲击钢管4的开口端42伸入冲击钢管4，并与试样固定座5连接。导向架6；导向架6设置于支撑工作台1上，导向架6上设有第一导向孔61，冲击钢管4穿设于导向架6的第一导向孔61内，导向架6用于冲击钢管4的支撑和导向，以使冲击钢管4可沿自身轴向在导向架6的第一导向孔61内滑动。试样固定座5；试样固定座5设置在支撑工作台1上，冲击钢管4上设置有贯穿侧壁的槽孔，槽孔用于供试样固定座5穿过并伸入冲击钢管4内；试样固定座5的底部与支撑工作台1连接，试样固定座5的顶部向上贯穿冲击钢管4的槽孔并伸入冲击钢管4内，试样固定座5用于锚杆试样7的固定和导向。锚杆试样7；锚杆试样7同轴设置于冲击钢管4内，锚杆试样7的一端部与试样固定座5的连接，另一端部与承载盘8连接，围于锚杆试样7外围的冲击钢管4可杜绝锚杆试样7破断时碎片飞溅现象的发生，提高试验安全性。承载盘8；承载盘8与冲击钢管4的开口端42连接，用于将作用在冲击钢管4上的冲击载荷转移至锚杆试样7上，实现锚杆试样7的拉伸特性研究。

在使用时，锚杆试样7的一端部通过冲击钢管4的开口端42进入冲击钢管4内，并与试样固定座5连接，锚杆试样7的另一端部与承载盘8同轴连接，承载盘8与冲击钢管4的开口端42同轴连接；发射管10内射出的高速运动的撞击杆撞击输入杆2的一端，输入杆2沿轴向移动并撞击冲击钢管4的封口端41，冲击钢管4在冲击载荷的作用下、以及导向架6的导向作用下沿其轴向移动，由于锚杆试样7的两端部分别与试样固定座5、承载盘8连接，锚杆试样7对冲击钢管4的轴向移动产生干涉，承载盘8将作用在冲击钢管4上的冲击载荷转移到锚杆试样7上，实现锚杆试样7在高应变率条件下的抗拉试验，并得到微观NPR锚杆在高应变率条件下的拉伸力学特性。

进一步的，如图3所示，导向架6包括上导向架62和下导向架63，上导向架62的左右两侧设有第一连接通孔，下导向架63的左右两侧设有第一螺纹孔，在第一连接通孔和第一螺纹孔内设置有使上导向架62和下导向架63连接为一体的第一连接螺栓；上导向架62的底部设置有上半圆孔64，下导向架63的顶部设置有下半圆孔65，上半圆孔64与下半圆孔65组成导向架6的第一导向孔61；导向架6由可拆卸连接的上导向架62和下导向架63组成，便于将冲击钢管4设置于导向架6的第一导向孔61内，且不会与设置在冲击钢管4下方并伸入冲击钢管4内的试样固定座5产生干涉。

进一步的，多个导向架6沿冲击钢管4轴向线性排布于支撑工作台1上，导向架6的数量可以是3个、4个、5个或6个，多个线性排布的导向架6对冲击钢管4的支撑和导向效果更好，同时也保证了冲击钢管4与输入杆2的同轴。

进一步的，承载盘8与冲击钢管4同轴设置，实现冲击载荷在冲击钢管4、承载盘8和锚杆试样7间的转移；通过冲击钢管4、承载盘8和锚杆试样7的同轴设置，实现锚杆试样7拉伸过程中，冲击钢管4经承载盘8向锚杆试样7传递的冲击载荷的稳定性。

进一步的，冲击钢管4的开口端与承载盘8可拆卸连接，实现锚杆试样7由冲击钢管4的开口端42进出冲击钢管4，以及锚杆试样7在冲击钢管4内与试样固定座5的连接。具体为：如图4所示，承载盘8的端面上圆周均布有若干第二连接通孔81，冲击钢管4的开口端42的端面上圆周均布有若干第二螺纹孔，第二连接通孔81与第二螺纹孔为一一对应关系，第二连接通孔81和第二螺纹孔内设置有使承载盘8与冲击钢管4的开口端42连接为一体的连接螺栓。

进一步的，承载盘8上设有与冲击钢管4同轴的定位孔82，定位孔82用于锚杆试样7与冲击钢管4的同轴定位。

进一步的，如图5所示，试样固定座5上设有与冲击钢管4同轴的第二导向孔51，第二导向孔51用于锚杆试样7的导向。

进一步的，锚杆试样7的两端部与试样固定座5、承载盘8均为可拆卸连接；具体为：锚杆试样7的两端部均设有外螺纹段，每个外螺纹段上均螺纹连接有一个连接螺母71；通过锚杆试样7两端部外螺纹段上连接的连接螺母71使锚杆试样7夹紧于试样固定座5和承载盘8之间，实现了锚杆试样7的固定。如图2所示，连接在锚杆试样7左端的连接螺母71与试样固定座5的左端面相互挡止配合，连接在锚杆试样7右端的连接螺母71与承载盘8的右端面相互挡止配合。

进一步的，支撑工作台1上还设有输入杆固定架9，输入杆固定架9上设有第三导向孔(图中未示出)，第三导向孔与第一导向孔61同轴，输入杆2滑动连接于第三导向孔中，以实现输入杆2与冲击钢管4的同轴设置。

进一步的，输入杆固定架9、导向架6、试样固定座5和吸收装置3均与支撑工作台1可拆卸连接；具体为：支撑工作台1上平行设有两行安装螺纹孔，输入杆固定架9、导向架6、试样固定座5和吸收装置3的底部两侧设有与安装螺纹孔相配合的连接孔，通过设置在连接孔和安装螺纹孔内的螺栓使得支撑工作台1与输入杆固定架9、导向架6、试样固定座5和吸收装置3连接为一体。通过可拆卸连接的方式实现了各零部件的更换。

进一步的，沿支撑工作台1长度方向，发射管10设置于支撑工作台1的一端部，也就是图1中支撑工作台1的左端部，吸收装置3设置于支撑工作台1的另一端部，也就是图1中支撑工作台1的右端部；输入杆2、冲击钢管4、试样固定座5、导向架6、锚杆试样7和承载盘8设置于发射管10与吸收装置3之间的；通过将各个零部件较为紧凑的设置于支撑工作台1上，可降低抗拉试验装置的体积，提高抗拉试验装置对环境的适用性。

进一步的，如图6、图7所示，冲击钢管4上的槽孔包括第一槽孔43和第二槽孔44，第二槽孔44的槽长大于第一槽孔43的槽长；多个第一槽孔43沿冲击钢管4轴向线性排布于冲击钢管4上侧的管壁上，第二槽孔44沿冲击钢管4轴向设置于冲击钢管4下侧的管壁上，第二槽孔44用于试样固定座5的顶部伸入冲击钢管4内，第一槽孔43用于旋拧工具进入冲击钢管4内，并将连接螺母71旋拧于锚杆试样7的左端部上；第二槽孔44的槽长大于锚杆试样7的拉伸长度，使得锚杆试样7拉伸过程中，试样固定座5不会干涉冲击钢管4的轴向移动，第二槽孔44的槽宽要不小于试样固定座5顶部的最大宽度，以使试样固定座5顶部穿过第二槽孔44并进入冲击钢管4内；本实施例中，冲击钢管4的长度为200mm，直径为14mm，壁厚33mm。

进一步的，发射管10和吸收装置3均为现有技术；比如发射管2固定设置于支撑工作台1的一端，且发射管2可同轴发射高速运动的撞击杆(图中未示出)。在本实施例中，撞击杆的长度为150mm，屈服极限为835MPa，弹性波速为7565m/s，密度7800kg/m³，撞击杆的最大撞击速度可达42.27m/s；在不同气源压强作用下可撞击杆可获得不同的冲击速度和冲击能量，以为锚杆试样7的拉伸试验提供不同的高应变率条件。吸收装置3用于吸收冲击钢管4的动能，阻碍冲击钢管4的继续移动，提高试验安全；吸收装置3有时也叫“吸收器”和“吸能器”。

本申请公开的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置的工作原理如下：发射管10向右射出撞击杆，高速运动的撞击杆撞击到输入杆2的左端上，输入杆2将力传递给冲击钢管4，使冲击钢管4具有向右运动的趋势，进而使得承载盘8也具有向右运动的趋势，承载盘8将向右运动的力传递给与其挡止配合的连接螺母71，使得锚杆试样7受到拉应力。

本申请还提供了一种高应变率条件下微观NPR锚杆霍普金森抗拉试验方法，该抗拉试验方法使用的是上述高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，试验方法包括以下步骤：

步骤S1，确保试验装置所处环境空旷安全，确保操作安全可靠。

步骤S2，对试验装置中各组件的接触部位涂抹黄油润滑，以消除弥散效应和摩擦效应；具体的，黄油的涂抹位置包括：输入杆2和输入杆固定架9的接触部位，冲击钢管4与导向架6的接触部位，锚杆试样7与试样固定座5、承载盘8的接触部位。

步骤S3，将输入杆固定架9、试样固定座5、导向架6和吸收装置3固定在支撑工作台1上。

步骤S4，将输入杆2固定在压杆固定架9上，将冲击钢管4固定在导向架6上，并确保冲击钢管4与输入杆2同轴；具体为：将输入杆2穿设于输入杆固定架9的第三导向孔内，且输入杆2可在第三导向孔内滑动；将冲击钢管4放到下导向架63的下半圆孔65内，然后将上导向架62放置到下导向架63上方，并使用第一连接螺栓将上导向架62和下导向架63连接为一体，冲击钢管4可在第一导向孔61内滑动。

步骤S5，将锚杆试样7(微观NPR锚杆)从冲击钢管4的开口端42穿入冲击钢管4内，并在锚杆试样7的端部从试样固定座5的第二导向孔51穿出后，先将一个连接螺母71旋拧于锚杆试样7左端的外螺纹段上，然后再将另一个连接螺母71旋拧于贯穿承载盘8的锚杆试样7右端的外螺纹段上，最后用连接螺栓将承载盘8与冲击钢管4的开口端42固定连接，并使输入杆2的一端与冲击钢管4的封口端41抵接。

步骤S6，确保试验装置各个连接处连接牢固，将应变片设置在输入杆2表面和锚杆试样7表面。

步骤S7，启动发射管10进行试验，并记录试验数据。综上所述，本发明提供的一种高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法的技术方案中，将传统的霍普金森压杆试验系统改进为霍普金森压杆动力冲击拉伸试验系统，实现了变“压”为“拉”的意图，使得锚杆拉伸试验得以在高应变率条件下进行，同时还可记录加载脉冲的应力应变和应力时间的动态曲线，便于研究微观NPR锚杆在高应变率条件下的变形动力学特性。

冲击钢管、锚杆试样和承载盘与输入杆同轴设置，冲击钢管的一端封闭、另一端开口，承载盘与锚杆试样的一端部及冲击钢管的开口端连接，通过承载盘将输入杆作用在冲击钢管的封口端的冲击载荷转移到锚杆试样上，实现了锚杆试样在高应变率条件下的拉伸特性研究。

线性排布于支撑工作台上的导向架可对冲击钢管起到支撑导向作用，以保证输入杆与冲击钢管的同轴；顶部伸入冲击钢管的试样固定座可对锚杆试样起到固定导向作用，以保证锚杆试样与冲击钢管的同轴。

导向架和试样固定座采用高强度铸钢材料，保证冲击过程中系统的稳定性。

锚杆试样同轴设置于冲击钢管内部，可杜绝锚杆试样破断时碎片飞溅现象的发生，提高了试验的安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述试验装置包括支撑工作台，所述支撑工作台上设有发射管和吸收装置，所述发射管用于发射撞击杆，其特征在于，所述试验装置还包括：

输入杆，所述输入杆设置于所述发射管与所述吸收装置之间，所述输入杆与所述撞击杆同轴设置，且可轴向移动，所述撞击杆沿所述输入杆轴向撞击所述输入杆；

冲击钢管，所述冲击钢管设置于所述输入杆与吸收装置之间，所述冲击钢管与输入杆同轴设置，所述冲击钢管靠近输入杆的一端为封口端，所述封口端与输入杆的一端抵接，以用于承受输入杆的轴向冲击载荷；所述冲击钢管靠近吸收装置的一端为开口端，所述开口端用于锚杆试样在冲击钢管内的固定；

导向架，所述导向架设置于支撑工作台上，所述导向架上设有第一导向孔，所述冲击钢管穿设于所述第一导向孔内，所述导向架用于冲击钢管的支撑和导向；

试样固定座，所述试样固定座设置在支撑工作台上，所述冲击钢管上设置有贯穿侧壁的槽孔，所述槽孔用于供所述试样固定座穿过并伸入冲击钢管内，所述试样固定座用于锚杆试样的固定和导向；

锚杆试样，所述锚杆试样同轴设置于冲击钢管内，所述锚杆试样的一端部与试样固定座连接，另一端部与承载盘连接；

承载盘，所述承载盘与冲击钢管的开口端连接，用于将作用在冲击钢管上的冲击载荷转移至锚杆试样上。

2.如权利要求1所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述导向架包括上导向架和下导向架，所述上导向架和下导向架通过第一连接螺栓连接为一体；所述上导向架上设有上半圆孔，所述下导向架上设有下半圆孔，所述上半圆孔与下半圆孔组成所述第一导向孔。

3.如权利要求2所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述导向架设有多个，多个所述导向架沿冲击钢管轴向线性排布于支撑工作台上。

4.如权利要求1所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述承载盘与冲击钢管同轴设置；

所述冲击钢管的开口端与承载盘可拆卸连接；

所述承载盘上设有与冲击钢管同轴的定位孔，所述定位孔用于锚杆试样与冲击钢管的同轴定位，所述试样固定座上设有与冲击钢管同轴的第二导向孔，所述第二导向孔用于锚杆试样的导向。

5.如权利要求4所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述承载盘的端面上圆周均布有若干第二连接通孔，所述冲击钢管的开口端的端面上圆周均布有与第二连接通孔一一对应的第二螺纹孔，所述第二连接通孔和第二螺纹孔内设有使承载盘与冲击钢管连接为一体的第二连接螺栓。

6.如权利要求1-5任一所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述锚杆试样的两端部均设有外螺纹段，两个所述外螺纹段上均螺纹连接有连接螺母，旋拧于所述锚杆试样两端部的连接螺母使锚杆试样夹紧于试样固定座和承载盘之间。

7.如权利要求6所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，还包括输入杆固定架，所述输入杆固定架设置于支撑工作台上，所述输入杆固定架上设有第三导向孔，所述第三导向孔与第一导向孔同轴，所述输入杆滑动连接于所述第三导向孔中。

8.如权利要求7所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述输入杆固定架、导向架、试样固定座和吸收装置分别与支撑工作台可拆卸连接。

9.如权利要求1所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述槽孔包括第一槽孔和第二槽孔，所述第二槽孔的槽长大于第一槽孔的槽长以及锚杆试样的拉伸长度；多个所述第一槽孔沿冲击钢管轴向线性排布于冲击钢管上侧的管壁上，所述第二槽孔沿冲击钢管轴向设置于冲击钢管下侧的管壁上，所述第二槽孔用于试样固定座的顶部伸入冲击钢管内，所述第一槽孔用于旋拧工具进入冲击钢管内并将连接螺母旋拧于锚杆试样上。

10.高应变率条件下微观NPR锚杆霍普金森抗拉试验方法，其特征在于，所述抗拉试验方法使用的为权利要求1-9任一所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述抗拉试验方法包括以下步骤：

步骤S1，确保试验装置所处环境空旷安全，确保操作安全可靠；

步骤S2，对试验装置中各组件的接触部分涂抹黄油进行润滑，用以消除弥散效应和摩擦效应；

步骤S3，将输入杆固定架、试样固定座、导向架和吸收装置固定在支撑工作台上；

步骤S4，将输入杆固定在输入杆固定架的第三导向孔内，将冲击钢管固定在导向架的第一导向孔内，并确保输入杆与冲击钢管同轴；

步骤S5，将锚杆试样从冲击钢管的开口端穿入冲击钢管内，并在锚杆试样的端部从试样固定座的第二导向孔穿出后，先将一个连接螺母旋拧于锚杆试样左端的外螺纹段上，然后再将另一个连接螺母旋拧于贯穿承载盘的锚杆试样右端的外螺纹段上，最后用连接螺栓将承载盘与冲击钢管连接，并使输入杆的一端与冲击钢管的封口端抵接；

步骤S6，确保试验装置的各个连接处连接牢固；

步骤S7，启动发射管进行试验，并记录试验数据。

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