CN113008658A - 一种基于双轴shpb实验的二波分解自平衡支撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，包括支撑体和底座，支撑体设置为扁平的圆柱腔体，支撑体的同一水平截面上依次设置有透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨，各导轨之间呈一定的角度设置，各导轨的前端贯穿并固定连接在支撑体的侧壁上，透射杆导轨和支撑杆导轨的后端均与入射杆导轨的后端连通；底座顶部转动连接有转轴，转轴顶部设置有偏心转轴，在支撑体底部安装有滑轨，滑轨上安装有滑块，滑块底部开设有凹槽，偏心转轴活动嵌合在凹槽内。本发明通过滑块与滑轨和偏心转轴配合，在反复的X和Z向微位移和Y向微旋转下实现支撑装置的自平衡，从而实现双轴SHPB实验中三根杆端面的密切贴合。

Description

一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置
技术领域
本发明涉及一种SHPB材料检测实验设备，具体涉及一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置。
背景技术
一维SHPB(霍普金森压杆)实验是标准的材料冲击实验，主要用于考虑应变率效应下材料的动态力学性能，该实验方法已被广泛应用。然而该实验每次只能做一个方向的冲击响应，当材料是各项异性时，需要对各个方向分别进行实验，这不仅造成了实验试件数量的成倍增加，同时实验的周期大为延长。而对于混凝土等这类离散性很大的材料而言，各个方向的实验数据是通过多个试件得到的，因而材料各个方向的性能并非通过同一个试件得到，而是通过多个试件得到，这使得数据处理得到的结果误差增大，因此，设计一次实验得到多个方向的实验数据是关键。
根据专利号为CN201711279618.6的中国专利公开的《一种基于波分解的真二维分离式霍普金森压杆实验装置》提出了二轴SHPB实验装置，能够实现两个压缩波的同步性问题，从而解决了各向异性材料的多发实验问题，但由于二轴SHPB实验装置相对于传统单轴实验更加的复杂，杆与杆的端面需要很好的贴合，该装置在每次进行实验时都需要对各杆的位置进行调整以确保波分解装置分斜面与杆端面之间密切贴合，而采用传统方法来调整各个杆的位置，其调节难度大，因此设计出能够满足杆端面之间密切贴合的支撑系统是非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，能够保证支撑体中三根杆的相对位置关系，使得三根杆的端面贴合满足实验要求，同时在实验中能够实现自动平衡。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：包括支撑体和底座，所述支撑体设置为扁平的圆柱腔体，所述支撑体的同一水平截面上依次设置有透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨，各导轨之间呈一定的角度设置，所述透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨的前端贯穿并固定连接在所述支撑体的侧壁上，所述透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨的后端均延伸汇聚于支撑体的空腔中心，且透射杆导轨和支撑杆导轨的后端均与入射杆导轨的后端连通；所述底座顶部转动连接有转轴，所述转轴顶部偏心设置有偏心转轴，在所述支撑体底部安装有滑轨，所述滑轨上滑动连接有滑块，所述滑块底部开设有与偏心转轴相适配的凹槽，所述偏心转轴活动嵌合在所述凹槽内。
进一步地，所述滑轨安装在支撑体的底部两侧；所述滑块的上部两侧设置为向外倾斜的第一斜面，所述滑轨的内侧与滑块上部第一斜面相对应的位置处设置有与第一斜面相平行的第二斜面，所述滑块的第一斜面抵在滑轨内侧的第二斜面上滑动连接。
进一步地，所述偏心转轴与转轴之间的偏心距为e。
进一步地，所述底座上开设有用于调节X方向的限位槽底座。
进一步地，所述底座上还开设有用于调节Y方向的调节螺孔。
进一步地，所述支撑杆导轨和入射杆导轨之间的夹角α的角度为70°，所述支撑杆导轨和入射杆导轨与透射杆导轨之间的夹角β的角度均为145°。
进一步地，所述支撑杆导轨和入射杆导轨之间的夹角α的角度为80°，所述支撑杆导轨和入射杆导轨与透射杆导轨之间的夹角β的角度均为140°。
作为本发明的一种实施方式，所述底座顶部开设有与转轴适配的圆形凹槽，所述转轴嵌合在圆形凹槽内。
作为本发明的另一种实施方式，所述底座顶部固定安装有大圆环，所述大圆环内径与转轴相适配，所述转轴嵌合在所述大圆环上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，在转轴顶部偏心设置偏心转轴，让偏心转轴嵌设在滑块底部；实验过程中，在杆系作用力下，滑块可绕Y方向微调旋转以及沿Z方向的微位移，当滑块带动转轴旋转后，偏心转轴就会在xoz平面内以o2为圆心，偏心距e为半径的圆上运动，从而带动滑块以同样的方式运动，即滑块以o2为中心在xoz平面内转动，反之亦然。在反复的X和Z向微位移和Y向微旋转下可最终实现支撑系统的自平衡，从而实现双轴SHPB实验中三根杆的端面密切贴合。
(2)在底座上设有限位槽，限位槽可以配合限位螺丝来初步粗调节底座在X方向的位置，调节时只需拧松限位螺丝，拖动底座沿着限位槽移动，即可粗略地调节底座X方向的位置。
(3)在底座上还增设有调节螺孔，通过限位槽的限位螺丝与基座连接，配合调节螺孔的调节螺丝顶住基座，在需要初步粗调节装置Y方向的位置时，可通过拧动调节螺孔的调节螺丝来调节该螺丝上下移动，从而调节底座的Y方向的位置。
附图说明
图1为本发明实施例的基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置整体结构从上往下观察的立体示意图；
图2为本发明实施例的基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置整体结构从下往上观察的立体示意图；
图3本发明实施例的三个导轨之间的角度示意图；
图4为为本发明实施例的装置整体结构爆炸图；
图5为本发明实施例的转轴与滑块嵌合示意图；
图6为本发明实施例的滑轨与滑块的连接示意图；
图7为本发明实施例的自平衡工程平面示意图。
图中：1-支撑体，2-透射杆导轨，3-支撑杆导轨，4-入射杆导轨，5-底座，6-限位槽，7-调节螺孔，8-滑轨，9-滑块，10-转轴，11-偏心转轴，12-限位螺丝，13-调节螺丝，14-基座，15-限位螺孔。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，详细说明本发明的技术方案，以便本领域普通技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案。
本发明提供了如图1-7所示的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，包括支撑体1和底座5，支撑体1设置为扁平的圆柱状，支撑体1开设有空腔，支撑体1的同一水平面上依次设置有透射杆导轨2、支撑杆导轨3和入射杆导轨4，各导轨之间呈一定的角度设置，如图3所示，本实施例中，支撑杆导轨3和入射杆导轨4之间的夹角α的角度为70°或80°，相对应的支撑杆导轨3和入射杆导轨4与透射杆导轨2之间的夹角β的角度为140°或145°；
透射杆导轨2、支撑杆导轨3和入射杆导轨4的前端设置为圆管状，圆管的内径与各杆的直径相等，各导轨的前端贯穿并固定连接在支撑体1的侧壁上，透射杆导轨2、支撑杆导轨3和入射杆导轨4的后端均延伸汇聚于支撑体的空腔中心，透射杆导轨2、支撑杆导轨3和入射杆导轨4在支撑体1空腔内的部分设置为与各杆形状对应的凹槽，且透射杆导轨2和支撑杆导轨3的凹槽后端均与入射杆导轨4的凹槽后端连通。
底座5顶部转动连接有转轴10，转轴10的转动连接可以通过两种方式实现，一是在底座5顶部开设一个与转轴10适配的圆形凹槽，圆形凹槽与转轴10之间留有一些缝隙，然后把转轴10放到圆形凹槽中实现转动连接；二是在底座5顶部固定安装一个内径与转轴10相适配的大圆环，然后把转轴10嵌合到大圆环中实现转动连接；转轴10顶部偏心设置有偏心转轴11，偏心转轴11的中心点距离转轴10中心点o2的偏心距为e。
在支撑体1底部两侧安装有滑轨8，滑轨8上滑动连接有滑块9，本实施例中，滑块9的上部两侧设置为向外倾斜的第一斜面，滑轨8的内侧与滑块9上部第一斜面相对应的位置处设置有与第一斜面相平行的第二斜面，滑块9的第一斜面抵在滑轨8内侧的第二斜面上与滑轨8滑动连接；滑块9底部在X方向对称中心点o1开设有与偏心转轴11相适配的圆孔凹槽，偏心转轴11活动嵌合在圆孔凹槽内；本实施例中，在圆孔凹槽内固定安装有用于使偏心转轴11更好地在圆孔凹槽内旋转的圆环，偏心转轴11套设在圆环上；在滑轨8传导的杆系力作用下，滑块9可实现绕Y方向的微调旋转以及沿Z方向的微位移。
如图4所示，底座5还连接有基座14，在底座5上开设有用于调节X方向的限位槽6，限位槽6的形状设置为两端为圆弧状的长方形，在基座14上开设有限位螺孔15，底座5与基座14之间通过限位螺丝12穿过限位槽6与基座14上的限位螺孔15螺纹连接把底座5压紧固定在基座14上，在需要初步粗调节装置X方向的位置时，可通过拧松限位螺丝12，然后拖动底座5沿着限位槽6来调节整个装置在X方向的位置。
在底座5上还开设有用于调节Y方向的调节螺孔7，调节螺孔7螺接有调节螺丝13，调节螺丝13的下部顶住基座14；底座5通过限位槽6的限位螺丝12与基座14连接，配合调节螺孔7的调节螺丝13顶住基座14，在需要初步粗调节装置Y方向的位置时，可通过拧动调节螺孔7的调节螺丝13来调节该螺丝上下移动，从而调节底座5的Y方向的位置。
装置Z方向的位置可以通过滑轨8和滑块9之间的相对位移来调节。
本发明的工作原理：在实验开始前，把入射杆、透射杆和支撑杆等杆放入到支撑体1上对应的导轨中，把底座5固定到基座14上，然后通过调节限位槽6以及调节螺孔7上的限位螺丝12和调节螺丝13来初步调节装置X方向和Y方向的位置，实现粗调；实验过程中，与支撑体1连接的滑轨8会在杆系力作用下，与滑块9配合，实现Z方向的微位移，滑块9在滑轨8传导的杆系力作用下带动偏心转轴11与转轴10一起微旋转，并且滑块9会相对于偏心转轴11以o1为中心在xoz平面内绕Y方向微旋转调整；
如图7所示，当偏心转轴11与转轴10一起微旋转时，偏心转轴11就相当于在xoz平面内以o2为圆心，偏心距e为半径的圆上运动，由于滑块9与偏心转轴11嵌合，因此滑块9也以同样的轨迹运动，从而实现装置在xoz平面内X方向的小位移调节，其轨迹如图5中点状线圆所示；反之亦然，由于偏心的缘故，转轴10会反方向微旋转到原来的位置，偏心转轴11会以o2为中心在xoz平面内作反方向的圆周运动，带动滑块9调节回到原来的位置。在反复的X和Z向微位移和Y向微旋转下可最终实现二波分解装置的自平衡，从而实现双轴SHPB实验中三根杆端面的密切贴合。
上述实施例仅是本发明较优实施例，但并不能作为对发明的限制，任何基于本发明构思基础上作出的变型和改进，均应落入到本发明保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载为准。

Claims (9)

1.一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：包括支撑体和底座，所述支撑体设置为扁平的圆柱腔体，所述支撑体的同一水平截面上依次设置有透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨，各导轨之间呈一定的角度设置，所述透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨的前端贯穿并固定连接在所述支撑体的侧壁上，所述透射杆导轨、支撑杆导轨和入射杆导轨的后端均延伸汇聚于支撑体的空腔中心，且透射杆导轨和支撑杆导轨的后端均与入射杆导轨的后端连通；所述底座顶部转动连接有转轴，所述转轴顶部偏心设置有偏心转轴，在所述支撑体底部安装有滑轨，所述滑轨上滑动连接有滑块，所述滑块底部开设有与偏心转轴相适配的凹槽，所述偏心转轴嵌合在所述凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述滑轨安装在支撑体的底部两侧；所述滑块的上部两侧设置为向外倾斜的第一斜面，所述滑轨的内侧与滑块上部第一斜面相对应的位置处设置有与第一斜面相平行的第二斜面，所述滑块的第一斜面抵在滑轨内侧的第二斜面上滑动连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述偏心转轴与转轴之间的偏心距为e。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述底座上开设有用于调节X方向的限位槽。
5.根据权利要求4所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述底座上还开设有用于调节Y方向的调节螺孔。
6.根据权利要求5所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述支撑杆导轨和入射杆导轨之间的夹角α的角度为70°，所述支撑杆导轨和入射杆导轨与透射杆导轨之间的夹角β的角度均为145°。
7.根据权利要求5所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述支撑杆导轨和入射杆导轨之间的夹角α的角度为80°，所述支撑杆导轨和入射杆导轨与透射杆导轨之间的夹角β的角度均为140°。
8.根据权利要求5所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述底座顶部开设有与转轴适配的圆形凹槽，所述转轴嵌合在圆形凹槽内。
9.根据权利要求5所述的一种基于双轴SHPB实验的二波分解自平衡支撑装置，其特征在于：所述底座顶部固定安装有大圆环，所述大圆环内径与转轴相适配，所述转轴嵌合在所述大圆环上。
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