CN112903484A - 一种材料冲击强度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种材料冲击强度测量装置，包括弹丸发射机构、测速机构、升降支架、调节平台和控制电脑，升降支架上竖直设置有弹丸发射机构的发射筒，发射筒内设置有可分离弹丸，可分离弹丸通过气压发射，调节平台上设置有测速机构，调节平台能够实现测速机构的平面移动，测速机构与弹丸发射机构内均设置有弹丸通道，样品板插接于测速机构上，弹丸发射机构位于测速机构的上方，两者的弹丸通道共轴线设置，各机构分别与控制电脑电连接。本发明结构简单、易安装及拆卸，通过气压调控加载速度及冲击载荷，能够测量弹丸冲击前后的速度，可得材料在高速冲击破坏下具有的冲击强度及破坏吸能的双重试验结果，有效提高弹丸速度、冲击能量和冲击力作用。

Description

一种材料冲击强度测量装置
技术领域
本发明涉及冲击强度实验的技术领域，特别是涉及一种材料冲击强度测量装置。
背景技术
材料的受冲击破坏问题涉及生活中的方方面面，从子弹穿甲、弹体破甲、导弹破防等军事领域，到高楼爆破造成的类弹片飞溅，飞机高速飞行过程中与鸟发生撞击，轮船低速行驶中触礁等民事领域，材料均承受着低速或高速冲击载荷。对于材料在高速冲击下的承载能力及冲击能量问题进行研究，在军事武器、结构防护、安全生产等领域有重大的意义。而且在检验材料质量、内部缺陷、脆性转化和工艺质量等方面，材料冲击试验比其他试验更为敏感，所以在许多情况下需要进行冲击试验，检验材料的抗冲击性能及破坏吸能。
冲击能量是材料经受冲击载荷而断裂所需的能量，体现材料在冲击状态下的韧性或对断裂的抵抗能力。现有的关于材料冲击能量的测量通常在摆锤或者落球情况下所测，将不同大小的载荷通过自动释放装置自由落体冲击到材料试件上，得到材料的冲击强度。而自由落体的加载方式，加载速度不高，目前落锤试验机的冲击速度普遍为0.2m/s到5m/s，最大冲击速度为20m/s，如果需要更大的加载速度，只有两种方式，一个是加高，但过高的高度不切合实际；一个是加重，目前锤体质量可高达15kg，继续增加重量将导致设备更加笨重，锤体更换困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种材料冲击强度测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，使样品板的冲击强度及破坏吸能得以同时检测，可有效提高弹丸速度、冲击能量和冲击力作用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种材料冲击强度测量装置，包括弹丸发射机构、测速机构、升降支架、调节平台和控制电脑，所述升降支架上竖直设置有所述弹丸发射机构的发射筒，所述发射筒内设置有可分离弹丸，所述可分离弹丸通过气压发射，所述调节平台上设置有所述测速机构，所述调节平台能够实现所述测速机构的平面移动，所述测速机构与所述弹丸发射机构内均设置有弹丸通道，样品板插接于所述测速机构上，所述弹丸发射机构位于所述测速机构的上方，且所述测速机构与所述弹丸发射机构内的所述弹丸通道共轴线设置，所述弹丸发射机构和所述测速机构分别与所述控制电脑电连接。
优选的，所述可分离弹丸包括弹托和弹丸，所述弹托呈柱状，所述弹丸卡接于所述弹托的一端面上，所述弹托能够与所述发射筒密封设置。
优选的，所述弹托柱面的两端分别卡接有一橡胶圈，所述橡胶圈与所述发射筒内壁相抵触。
优选的，所述弹丸发射机构包括所述发射筒、气瓶和脱弹部件，所述发射筒的顶端通过电磁阀连通所述气瓶、中部固定于所述升降支架上、下端螺纹连接有所述脱弹部件，所述脱弹部件能够将所述弹托和所述弹丸分离，所述气瓶上设置有进气阀，所述进气阀上连接有气压表。
优选的，所述脱弹部件包括固定筒、移动筒、卡榫和弹簧，所述固定筒与所述发射筒通过螺纹连接，所述固定筒滑动设置于所述移动筒内，所述移动筒的底面设置有限制所述弹托通过的限位孔、顶部螺纹连接有所述卡榫，所述发射筒贯穿所述卡榫，所述固定筒外设置有圆台，所述圆台与所述卡榫之间设置有所述弹簧。
优选的，所述固定筒内设置阶梯孔，所述阶梯孔的大孔直径与所述发射筒的外径相同、小孔直径与所述发射筒的内径相同，所述固定筒的下端设置有圆台，所述圆台内设置所述小孔。
优选的，所述固定筒与所述移动筒上沿所述圆台直径方向均上开设有一连通的通槽，所述通槽的高度至少为所述弹托的高度、宽度至少为所述托的直径，所述通槽用于装卸所述弹托，所述圆台外对称设置有一对凸台，所述移动筒内设置有与所述凸台相匹配的竖直滑槽。
优选的，所述升降支架包括竖直滑轨和滑块，所述测速机构与所述竖直滑轨均可拆卸设置于一光学平台上，所述滑块与所述竖直滑轨相匹配，所述滑块上设置有穿设所述发射筒的支架，所述滑块与所述竖直滑轨之间设置有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓与所述竖直滑轨相抵触后所述滑块停止滑动。
优选的，所述测速机构包括壳体、测速器和固定座，所述壳体的上端和下端均设置有测速器，所述壳体通过螺纹与所述固定座连接，所述壳体与所述测速器均为中空结构，所述固定座内设置有封泥，所述固定座可拆卸设置于所述调节平台上，所述样品板位于两个所述测速器之间。
优选的，所述调节平台为XY轴向位移台，所述测速器为U型光电传感器或者电磁测速器，所述电磁测速器包括间隔设置的四个磁环，每个所述磁环内均设置有拾波线圈，所述拾波线圈分别与所述控制电脑电连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明结构简单小巧、易安装及拆卸，可通过气压调控加载速度及冲击载荷，能够测量弹丸冲击前后的速度，可得出材料在高速冲击破坏下具有的冲击强度及破坏吸能的双重试验结果，可有效提高弹丸速度、冲击能量和冲击力作用。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明材料冲击强度测量装置的结构示意图一；
图2为本发明材料冲击强度测量装置的结构示意图二；
图3为本发明材料冲击强度测量装置的结构示意图三；
图4为本发明材料冲击强度测量装置中脱弹部件的结构示意图一；
图5为本发明材料冲击强度测量装置中脱弹部件的结构示意图二；
图6为本发明材料冲击强度测量装置中电磁测速器的结构示意图；
图7为本发明材料冲击强度测量装置中电磁测速器的原理示意图；
图8为本发明材料冲击强度测量装置中可分离弹丸的结构示意图；
图9为本发明材料冲击强度测量装置中固定筒的结构示意图；
图10为本发明材料冲击强度测量装置中移动筒的结构示意图；
其中：1-材料冲击强度测量装置，2-升降支架，3-XY轴向位移台，4-弹托，5-弹丸，6-橡胶圈，7-发射筒，8-固定筒，9-移动筒，10-卡榫，11-弹簧，12-圆台，13-凸台，14-竖直滑槽，15-通槽，16-样品板，17-壳体，18-测速器，19-固定座，20-限位孔，21-竖直滑轨，22-滑块，23-光学平台，24-支架，25-锁紧螺栓，26-拾波线圈，27-磁环，28-气瓶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种材料冲击强度测量装置，以解决现有技术存在的问题，使样品板的冲击强度及破坏吸能得以同时检测，可有效提高弹丸速度、冲击能量和冲击力作用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图10所示：本实施例提供了一种材料冲击强度测量装置1，包括弹丸发射机构、测速机构、升降支架2、调节平台和控制电脑，升降支架2上竖直设置有弹丸发射机构的发射筒7，发射筒7内设置有可分离弹丸，可分离弹丸通过气压发射，调节平台上设置有测速机构，调节平台能够实现测速机构的平面移动，测速机构与弹丸发射机构内均设置有弹丸通道，样品板16插接于测速机构上，弹丸发射机构位于测速机构的上方，且测速机构与弹丸发射机构内的弹丸通道共轴线设置，弹丸发射机构和测速机构分别与控制电脑电连接。
可分离弹丸包括弹托4和弹丸5，弹托4呈柱状，弹丸5卡接于弹托4的一端面上，弹托4能够与发射筒7密封设置。弹托4柱面的两端分别卡接有一橡胶圈6，橡胶圈6与发射筒7内壁相抵触，便于通过弹托4携带弹丸5通过气压增速。发射筒7的内径及弹丸5的直径均可根据实验速度的需求进行相应的选取。
弹丸发射机构包括发射筒7、气瓶28和脱弹部件，发射筒7的顶端通过电磁阀连通气瓶28、中部固定于升降支架2上、下端螺纹连接有脱弹部件，脱弹部件能够将弹托4和弹丸5分离，气瓶28上设置有进气阀，进气阀上连接有气压表，便于检测气瓶28内的气压。脱弹部件包括固定筒8、移动筒9、卡榫10和弹簧11，发射筒7通过螺纹连接于固定筒8内，固定筒8滑动设置于移动筒9内，移动筒9的底面设置有限制弹托4通过的限位孔20、顶部螺纹连接有卡榫10，发射筒7贯穿卡榫10，固定筒8外设置有圆台12，圆台12与卡榫10之间设置有弹簧11，在弹丸5发射后，可使移动筒9自动回弹作用，以减小弹托4对移动筒9的冲击损伤。
固定筒8内设置阶梯孔，阶梯孔的大孔直径与发射筒7的外径相同、小孔直径与发射筒7的内径相同，固定筒8的下端设置有圆台12，圆台12内设置小孔。固定筒8与移动筒9上沿圆台12直径方向均上开设有一连通的通槽15，通槽15的高度至少为弹托4的高度、宽度至少为弹托4的直径，通槽15用于装卸弹托4，方便弹丸5发射后推出旧弹托，安装含有弹丸5的新弹托。圆台12外对称设置有一对凸台13，移动筒9内设置有与凸台13相匹配的竖直滑槽14，竖直滑槽14开设时应避开通槽15，保证移动筒9在承受冲击后进行沿发射筒7作直线运动，并控制移动筒9不会产生大幅摆动。
升降支架包括竖直滑轨21和滑块22，测速机构与竖直滑轨21均可拆卸设置于一光学平台23上，滑块22与竖直滑轨21相匹配，滑块22上设置有穿设发射筒的支架24，滑块22与竖直滑轨21之间设置有锁紧螺栓25，锁紧螺栓25与竖直滑轨21相抵触后滑块22停止滑动。
测速机构包括壳体17、测速器18和固定座19，壳体17的上端和下端均设置有测速器18，壳体17通过螺纹与固定座19连接，壳体17与测速器18均为中空结构，固定座19内设置有封泥，封泥可对弹丸5的残余动能进行吸收。固定座19可拆卸设置于调节平台上，样品板16位于两个测速器18之间。调节平台为XY轴向位移台3，测速器18为U型光电传感器或者电磁测速器，电磁测速器包括间隔设置的四个磁环27，每个所述磁环内均设置有拾波线圈26，拾波线圈26分别与控制电脑电连接。其中，四个磁环27等间距卡在壳体17，磁环27内紧贴有拾波线圈26，拾波线圈26卡接于内筒上，拾波线圈26与控制电脑电连接。
当测速器18为电磁测速器时，环形磁铁提供在空间中分布不均匀的恒定磁场，为拾波线圈26提供恒定的磁通量(磁感应强度B与面积S的乘积)。(磁铁提供的磁场是恒定的，拾波线圈26大小是恒定的，即面积S没变，拾波线圈26没有运动，其磁感应强度B没变，磁通量也就是恒定的)。当导体弹丸高速飞过不均匀磁场时，弹丸的磁通量(弹丸平面的面积与变化的磁感应强度B的乘积)发生改变，感应出感应磁场。弹丸是运动的，磁感应强度B改变，磁通量变化，从而弹丸产生了感应磁场。弹丸中感生的磁场会改变原磁场(原磁场指拾波线圈26原有的环形磁铁提供的恒定磁场)，即在弹丸进入磁场过程中会使原磁场减弱，离开时会使原来磁场增强。弹丸的运动影响了原磁场的大小，改变了拾波线圈26的磁通量，使得拾波线圈26产生感应电流和感应电动势。将两组这样的装置定间距安装在飞片飞行路径外侧，将拾波线圈26串联起来便成了一套电磁测速器，弹丸经过每组拾波线圈26时就会使拾波线圈26产生感应电压信号。电压信号处理系统会记录两个拾波线圈26产生的电压信号以及信号产生的时间，通过读取信号的时间信息，可以得到弹丸通过两个拾波线圈26的时间差t。两个拾波线圈26之间的距离为S，则可得到弹丸通过两个拾波线圈26之间时的速度v。
当测速器18为U型光电测速器时，先将计时器归零，此时测速系统会形成回路，当弹丸经获得速度后，会先后经过样品板16前后的两个U型光电测速器，系统会产生光电脉冲经过信号电路并进行放大处理，计时器会在第一个U型光电测速器的光口被遮挡时开始计时，当弹丸遮挡后一个光口时停止计时，此时计时器则会显示弹丸在经过两个光口内所消耗的时间。再结合两束平行光线的间距，则可换算出子弹的初速度V1及末速度V2。根据能量守恒定律，W＝1/2mV1 2-1/2mV2 2，并可以根据弹丸穿透样品板16后损失的能量计算出冲击功，可得样品板16材料在高速冲击下破坏吸收的能量，评估指标评定样品板16材料承载能力及冲击能量。
本实施例的材料冲击强度测量装置1使用时，利用气瓶28产生一定压力的高压气体，高压气体推动含有弹丸的弹托4沿发射筒7加速到一定的速度，并以该速度撞击到移动筒9上，弹托4被挡住、弹丸5飞出，卡榫10被移动筒9带动对弹簧11进行压迫，弹丸5穿过第一个测速器18、样品板16和第二个测速器18，通过控制电脑端显示出弹丸5穿透样品板16前后的速度，最后弹丸5打入固定台上的封泥中。控制电脑端可得到样品板16材料的冲击能量数值，根据评估指标评定样品板16材料在高速冲击下的承载能力及冲击能量。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种材料冲击强度测量装置，其特征在于：包括弹丸发射机构、测速机构、升降支架、调节平台和控制电脑，所述升降支架上竖直设置有所述弹丸发射机构的发射筒，所述发射筒内设置有可分离弹丸，所述可分离弹丸通过气压发射，所述调节平台上设置有所述测速机构，所述调节平台能够实现所述测速机构的平面移动，所述测速机构与所述弹丸发射机构内均设置有弹丸通道，样品板插接于所述测速机构上，所述弹丸发射机构位于所述测速机构的上方，且所述测速机构与所述弹丸发射机构内的所述弹丸通道共轴线设置，所述弹丸发射机构和所述测速机构分别与所述控制电脑电连接。
2.根据权利要求1所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述可分离弹丸包括弹托和弹丸，所述弹托呈柱状，所述弹丸卡接于所述弹托的一端面上，所述弹托能够与所述发射筒密封设置。
3.根据权利要求2所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述弹托柱面的两端分别卡接有一橡胶圈，所述橡胶圈与所述发射筒内壁相抵触。
4.根据权利要求2所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述弹丸发射机构包括所述发射筒、气瓶和脱弹部件，所述发射筒的顶端通过电磁阀连通所述气瓶、中部固定于所述升降支架上、下端螺纹连接有所述脱弹部件，所述脱弹部件能够将所述弹托和所述弹丸分离，所述气瓶上设置有进气阀，所述进气阀上连接有气压表。
5.根据权利要求4所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述脱弹部件包括固定筒、移动筒、卡榫和弹簧，所述固定筒与所述发射筒通过螺纹连接，所述固定筒滑动设置于所述移动筒内，所述移动筒的底面设置有限制所述弹托通过的限位孔、顶部螺纹连接有所述卡榫，所述发射筒贯穿所述卡榫，所述固定筒外设置有圆台，所述圆台与所述卡榫之间设置有所述弹簧。
6.根据权利要求5所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述固定筒内设置阶梯孔，所述阶梯孔的大孔直径与所述发射筒的外径相同、小孔直径与所述发射筒的内径相同，所述固定筒的下端设置有圆台，所述圆台内设置所述小孔。
7.根据权利要求5所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述固定筒与所述移动筒上沿所述圆台直径方向均上开设有一连通的通槽，所述通槽的高度至少为所述弹托的高度、宽度至少为所述托的直径，所述通槽用于装卸所述弹托；所述圆台外对称设置有一对凸台，所述移动筒内设置有与所述凸台相匹配的竖直滑槽。
8.根据权利要求1所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述升降支架包括竖直滑轨和滑块，所述测速机构与所述竖直滑轨均可拆卸设置于一光学平台上，所述滑块与所述竖直滑轨相匹配，所述滑块上设置有穿设所述发射筒的支架，所述滑块与所述竖直滑轨之间设置有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓与所述竖直滑轨相抵触后所述滑块停止滑动。
9.根据权利要求1所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述测速机构包括壳体、测速器和固定座，所述壳体的上端和下端均设置有测速器，所述壳体通过螺纹与所述固定座连接，所述壳体与所述测速器均为中空结构，所述固定座内设置有封泥，所述固定座可拆卸设置于所述调节平台上，所述样品板位于两个所述测速器之间。
10.根据权利要求9所述的材料冲击强度测量装置，其特征在于：所述调节平台为XY轴向位移台，所述测速器为U型光电传感器或者电磁测速器，所述电磁测速器包括间隔设置的四个磁环，每个所述磁环内均设置有拾波线圈，所述拾波线圈分别与所述控制电脑电连接。
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