CN114577640A - 液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，包括液压伺服动载试验机、位置调节机构、霍普金森入射杆、霍普金森透射杆、动态应变仪，试验机的加载盘设置在位置调节机构中，加载盘上设置有加载冲击轴；霍普金森入射杆的一端连接在所述加载冲击轴上，霍普金森透射杆与所述霍普金森入射杆之间安装有实验样品，霍普金森透射杆、霍普金森入射杆以及实验样品的外壁上均设置有应变片，动态应变仪连接所述应变片，实现特定波形激发导入的同时，借助霍普金森杆的传动体系优势，真实还原应力波传播与作用过程，有效避免余波反射与震荡效应，建立应力波与冲击能量之间的联系，对实验样品在动态冲击作用下破裂行为进行波形反演。
Description
技术领域
本申请涉及样品动态破裂实验技术领域，尤其涉及一种液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置。
背景技术
传统的液压伺服动态试验机可实现对待测样品进行特定波形加载，即可控波形加载方式。然而，由于传统试验机的固定与加载结构复杂，且设计时未考虑可控波形经过待测样品后的余波透射与吸收问题，导致传统试验机的余波大量反射进入待测样品，并在样品中多次震荡造成与预设加载条件不相符合的额外动载效果。因此，传统的液压伺服动态试验机的输入波形并非测试样品真实经历的动态载荷，无法准确评价测试样品真实的动态响应。此时，传统液压伺服动态试验机并不能采用应力波形、工程应力应变曲线等指标准确描述样品所受的荷载情况，只能采用输入能量等笼统指标来描述样品所受的荷载情况。
霍普金森冲击装置能真实反应实验样品受冲击载荷时的波形传播过程，满足动态应力平衡条件，保证样品受到单次冲击作用并最终破裂，避免余波反射至测试试样发生二次作用及余波震荡效应。但其动态激发装置由气枪发射子弹产生，无法准确控制输入应力波的波形，不能很好地对样品在动态冲击载荷下的受力状态及破裂模型进行波形反演。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，实现特定波形激发导入的同时，借助霍普金森杆的传动体系优势，真实还原应力波传播与作用过程，有效避免余波反射与震荡效应，建立应力波与冲击能量之间的联系，对实验样品在动态冲击作用下破裂行为进行波形反演。
为达到上述目的，本申请提出的一种液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，包括：
液压伺服动载试验机，所述试验机用于提供特定波形和特性冲击速度的作用力；
位置调节机构，所述试验机的加载盘设置在所述位置调节机构中，所述加载盘上设置有加载冲击轴，以通过所述位置调节机构调节所述加载盘竖向和横向位置实现所述加载冲击轴轴线位置的调节；
霍普金森入射杆，所述霍普金森入射杆的一端连接在所述加载冲击轴上，所述霍普金森入射杆的轴线与所述加载冲击轴的轴线重合；
霍普金森透射杆，所述霍普金森透射杆与所述霍普金森入射杆的轴线重合，所述霍普金森透射杆与所述霍普金森入射杆之间安装有实验样品，所述霍普金森透射杆、所述霍普金森入射杆以及所述实验样品的外壁上均设置有应变片，用于检测动态实验过程中的应变；
动态应变仪，所述动态应变仪连接所述应变片和示波器，用于收集并放大波形信号，记录应变信息。
进一步地，所述位置调节机构包括：
定位立柱，所述定位立柱竖直设置两个，两个所述定位立柱相对设置，所述定位立柱相对一侧的侧壁上沿竖直方向设置有第一滑槽；
竖向调节组件，所述竖向调节组件包括两个相对设置的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和所述下支撑板长度方向的两端之间通过连接条连接，以使所述上支撑板、所述下支撑板和所述连接条之间围成方形框状结构，两个所述连接条滑动卡接在所述第一滑槽中，两个所述定位立柱的底端设置有两个第一液压缸，所述第一液压缸的动力端连接在所述下支撑板的底面，以通过两个所述第一液压缸推动所述方形框状结构沿两个所述第一滑槽上下移动；
横向调节组件，所述横向调节组件包括固定调节板，所述下支撑板的表面沿长度方向设置有第二滑槽，所述固定调节板滑动卡接在所述第二滑槽中，所述连接条上设置有第二液压缸，所述第二液压缸的动力端连接在所述固定调节板上，以通过所述第二液压缸带动所述固定调节板沿着所述第二滑槽移动，所述固定调节板的端面开有滑动支撑孔，所述试验机的加载盘与所述滑动支撑孔配合，所述加载盘套设在所述滑动支撑孔中能够沿着所述滑动支撑孔移动。
进一步地，所述加载盘上设置有压力传感器，所述加载冲击轴设置在所述压力传感器上。
进一步地，所述加载冲击轴的一端面中心处开设有螺纹槽，所述霍普金森入射杆的一端面中心处固定有与所述螺纹槽螺纹配合的连接轴，以使所述加载冲击轴和所述霍普金森入射杆之间通过所述螺纹槽和所述连接轴之间的螺纹配合进行连接。
进一步地，所述试验机上设置有高频率数据采集器，所述高频率数据采集器用于采集所述试验机的冲击频率。
进一步地，所述霍普金森透射杆的一端设置有吸能装置，用于吸收多余耗散能。
进一步地，所述实验样品的两端涂抹有凡士林，用于减小端部效应。
进一步地，还包括多个平衡支架，所述平衡支架的顶端面中部开有弧形槽，所述霍普金森入射杆和所述霍普金森透射杆均设置在多个所述平衡支架上的所述弧形槽中。
进一步地，还包括底座，多个所述平衡支架设置在所述底座上。
进一步地，还包括多个调节支腿，多个所述调节支腿设置在所述底座下方，用于调平支撑所述底座。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置的结构示意图；
图2是本申请另一实施例提出的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置的局部结构示意图；
图3是图1的局部结构示意图；
图中，1、定位立柱；101、第一滑槽；2、平衡支架；3、竖向调节组件；301、上支撑板；302、下支撑板；303、第二滑槽；4、横向调节组件；401、固定调节板；5、加载盘；6、压力传感器；7、加载冲击轴；701、螺纹槽；8、连接轴；9、霍普金森入射杆；10、应变片；11、动态应变仪；12、调节支腿；13、霍普金森透射杆；14、吸能装置；15、实验样品；16、底座。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置的结构示意图。
参见图1，一种液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，包括试验机、位置调节机构、霍普金森入射杆9、霍普金森透射杆13和动态应变仪11，其中试验机用于提供特定波形和特性冲击速度的作用力，也就是说，依据实验需要选用特定波形，如三角波、矩形波、正弦波等，可在试验机的波形控制程序中设置波频值，液压泵源可提供10m/s左右的冲击速度，也可选定其他合适的冲击速度，能按实验需求，编制程序，灵活设置波形，提高了激发可控波形的操作性，并且可通过控制试验机的液压泵源的泵量、流量及动力系统，实现冲击速度的提升，操作便携，节约成本，提供动载荷的试验机液压泵站需要与试验机主机操控系统及图1中右侧的霍普金森实验装置均保持一定距离(最好大于1米)，防止泵站工作时对右侧部分产生扰动，试验机的加载盘5设置在位置调节机构中，加载盘5上设置有加载冲击轴7，以通过位置调节机构调节加载盘5竖向和横向位置实现加载冲击轴7轴线位置的调节。
另外，霍普金森入射杆9的一端连接在加载冲击轴7上，霍普金森入射杆9的轴线与加载冲击轴7的轴线重合，通过位置调节机构的调节作用实现霍普金森入射杆9和加载冲击轴7轴线位置重合，进而能够保障动态冲击实验中波全过程无损传播，保证实验数据获取的可靠性及测试结果的准确性，霍普金森透射杆13与霍普金森入射杆9的轴线重合，霍普金森透射杆13与霍普金森入射杆9之间安装有实验样品15，霍普金森透射杆13、霍普金森入射杆9以及实验样品15的外壁上均设置有应变片10，用于检测动态实验过程中的应变，动态应变仪11连接应变片10和示波器，收集并放大波形信号，示波器连接电脑，收集并放大波形信号，记录应变信息，可通过超动态应变片、波形示波器等获取动态实验中应力波信息，根据入射波、透射波及反射波信息，分析实验样品15受力历史，评估实验样品15两端的动态应力平衡状态，通过超动态应变片获取的波形数据与试验机输入波形进行对比，并依据样品破裂形式及应力应变曲线等信息，对波形进行反演，同时通过设置试验机加载盘5的冲击速度，将可实现低速多次扰动实验，进一步分析疲劳实验中波的传播和扩散机理，拓展本发明的应用范围。
综上可知，本申请将扬长避短，融合液压伺服动态试验机和霍普金森冲击装置，充分结合二者的优势，采用液压伺服试验机，将霍普金森冲击装置的能量激发装置及撞击杆改进为由液压系统控制的加载盘5和加载冲击轴7，并将该加载冲击轴7与霍普金森入射杆9连接，通过液压控制系统实现准确的输入能量控制、输入应力波型控制需求，联动传递给霍普金森入射杆9，在实现特定波形激发导入的同时，借助霍普金森冲击装置的传动体系优势，真实还原应力波传播与作用过程，有效避免余波反射与震荡效应，建立应力波与冲击能量之间的联系，对实验样品在动态冲击作用下破裂行为进行波形反演，操作简单，激发端易于实现特定波形，且能控制冲击速度，重复开展多次低速实验，实验效率高。
在一些实施例中，位置调节机构包括两个相对设置的定位立柱1、竖向调节组件3和横向调节组件4，两个定位立柱1相对一侧的侧壁上沿竖直方向设置有第一滑槽101；
竖向调节组件3包括两个相对设置的上支撑板301和下支撑板302，上支撑板301和下支撑板302长度方向的两端之间通过连接条连接，以使上支撑板301、下支撑板302和连接条之间围成方形框状结构，两个连接条滑动卡接在第一滑槽101中，两个定位立柱1的底端设置有两个第一液压缸，第一液压缸的动力端连接在下支撑板302的底面，以通过两个第一液压缸推动方形框状结构沿两个第一滑槽101上下移动，通过第一滑槽101的限位作用，使得方形框在上下移动过程中不会出现偏移的情况。
横向调节组件4包括固定调节板401，下支撑板302的表面沿长度方向设置有第二滑槽303，固定调节板401滑动卡接在第二滑槽303中，连接条上设置有第二液压缸，第二液压缸的动力端连接在固定调节板401上，以通过第二液压缸带动固定调节板401沿着第二滑槽303移动，固定调节板401的端面开有滑动支撑孔，试验机的加载盘5与滑动支撑孔配合，加载盘5套设在滑动支撑孔中能够沿着滑动支撑孔移动，通过第二液压缸的作用能够实现固定调节板401带动加载冲击轴7随着加载盘5沿着第二滑槽303移动，能够实现加载冲击轴7位置的调节，保障加载冲击轴7的轴线与霍普金森入射杆9的轴线重合。
在一些实施例中，加载盘5上设置有压力传感器6，加载冲击轴7设置在压力传感器6上，通过压力传感器6能够监测压力的大小。
需要说明的是，加载冲击轴7与霍普金森入射杆9之间的连接方式可以有多种。
作为一种可能的方式，加载冲击轴7的一端面中心处开设有螺纹槽701，霍普金森入射杆9的一端面中心处固定有与螺纹槽701螺纹配合的连接轴8，以使加载冲击轴7和霍普金森入射杆8之间通过螺纹槽701和连接轴8之间的螺纹配合进行连接，可以最大限度地减小由此处横截面变化产生的冲击波衰减，保留原始冲击波频，安装时可以将霍普金森入射杆9向加载冲击轴7方向移动并旋转将螺纹连接轴8旋转固定在螺纹槽701中。
在一些实施例中，液压伺服动载试验机上设置有采集频率在10kHz的高频数据采集器，高频数据采集器用于采集试验机的冲击频率，并获取实验样品在动态实验中的应力应变情况。
另外，霍普金森透射杆13的一端设置有吸能装置14，用于吸收多余耗散能，避免实验样品15二次受到冲击，同时避免霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13被撞坏。
在一些实施例中，实验样品15的两端涂抹有适量的凡士林，用于减小端部效应，实验样品15安装在霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13之间，也可根据实验样品15的形状和尺寸定制实验夹具。
在一些实施例中，还包括多个平衡支架2，平衡支架2的顶端面中部开有弧形槽，霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13均设置在多个平衡支架2上的弧形槽中，通过多个平衡支架2支撑霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13，通过增加平衡支架2的数量、固定位置及霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13的长度，可以方便实现超长霍普金森杆冲击加载，平衡支架2与霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13之间的摩擦力应达到动态冲击实验对此的相关要求，平衡支架2用于维持霍普金森入射杆9和霍普金森透射杆13在实验中的稳定性，同时保证杆之间的对中，保证实验结果的可靠性。
另外，还包括底座16，多个平衡支架2设置在底座16上。
在一些实施例中，还包括多个调节支腿12，多个调节支腿12设置在底座16下方，用于调平支撑底座16。
综上可知，本申请多角度联系融合了动态能量、冲击波频率及应变率指标，以更真实全面地描述实验样品对动态载荷的响应。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，包括：
液压伺服动载试验机，所述试验机用于提供特定波形和特性冲击速度的作用力；
位置调节机构，所述试验机的加载盘设置在所述位置调节机构中，所述加载盘上设置有加载冲击轴，以通过所述位置调节机构调节所述加载盘竖向和横向位置实现所述加载冲击轴轴线位置的调节；
霍普金森入射杆，所述霍普金森入射杆的一端连接在所述加载冲击轴上，所述霍普金森入射杆的轴线与所述加载冲击轴的轴线重合；
霍普金森透射杆，所述霍普金森透射杆与所述霍普金森入射杆的轴线重合，所述霍普金森透射杆与所述霍普金森入射杆之间安装有实验样品，所述霍普金森透射杆、所述霍普金森入射杆以及所述实验样品的外壁上均设置有应变片，用于检测动态实验过程中的应变；
动态应变仪，所述动态应变仪连接所述应变片和示波器，用于收集并放大波形信号，记录应变信息。
2.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，所述位置调节机构包括：
定位立柱，所述定位立柱竖直设置两个，两个所述定位立柱相对设置，所述定位立柱相对一侧的侧壁上沿竖直方向设置有第一滑槽；
竖向调节组件，所述竖向调节组件包括两个相对设置的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和所述下支撑板长度方向的两端之间通过连接条连接，以使所述上支撑板、所述下支撑板和所述连接条之间围成方形框状结构，两个所述连接条滑动卡接在所述第一滑槽中，两个所述定位立柱的底端设置有两个第一液压缸，所述第一液压缸的动力端连接在所述下支撑板的底面，以通过两个所述第一液压缸推动所述方形框状结构沿两个所述第一滑槽上下移动；
横向调节组件，所述横向调节组件包括固定调节板，所述下支撑板的表面沿长度方向设置有第二滑槽，所述固定调节板滑动卡接在所述第二滑槽中，所述连接条上设置有第二液压缸，所述第二液压缸的动力端连接在所述固定调节板上，以通过所述第二液压缸带动所述固定调节板沿着所述第二滑槽移动，所述固定调节板的端面开有滑动支撑孔，所述试验机的加载盘与所述滑动支撑孔配合，所述加载盘套设在所述滑动支撑孔中能够沿着所述滑动支撑孔移动。
3.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，所述加载盘上设置有压力传感器，所述加载冲击轴设置在所述压力传感器上。
4.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，所述加载冲击轴的一端面中心处开设有螺纹槽，所述霍普金森入射杆的一端面中心处固定有与所述螺纹槽螺纹配合的连接轴，以使所述加载冲击轴和所述霍普金森入射杆之间通过所述螺纹槽和所述连接轴之间的螺纹配合进行连接。
5.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，所述试验机上设置有高频率数据采集器，所述高频率数据采集器用于采集所述试验机的冲击频率。
6.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，所述霍普金森透射杆的一端设置有吸能装置，用于吸收多余耗散能。
7.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，所述实验样品的两端涂抹有凡士林，用于减小端部效应。
8.如权利要求1所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，还包括多个平衡支架，所述平衡支架的顶端面中部开有弧形槽，所述霍普金森入射杆和所述霍普金森透射杆均设置在多个所述平衡支架上的所述弧形槽中。
9.如权利要求8所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，还包括底座，多个所述平衡支架设置在所述底座上。
10.如权利要求9所述的液压伺服试验机激发可控波形的霍普金森动态实验装置，其特征在于，还包括多个调节支腿，多个所述调节支腿设置在所述底座下方，用于调平支撑所述底座。
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