CN115266423A - 一种侵彻试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种侵彻试验装置，涉及复合材料冲击试验技术领域，所述侵彻试验装置包括试验台、轻气炮、侵彻杆和用于夹持复合材料板的夹具，轻气炮与夹具间隔安装于试验台，侵彻杆连接于轻气炮，轻气炮用于驱动侵彻杆撞击复合材料板，夹具包括夹具体、调节块、压板、第一调节结构和第二调节结构，夹具体连接于试验台，调节块与压板分别连接于夹具体上，并用于将复合材料板压紧在调节块与压板之间，第一调节结构用于调节调节块在夹具体上的相对位置，第二调节结构用于调节压板在夹具体上的相对位置。本发明的侵彻试验装置，可以兼容复合材料板高速冲击试验中不同的板厚与不同的SPR值，无需更换不同夹具，降低了研究成本，提高了测试效率。

Description

一种侵彻试验装置
技术领域
本发明涉及复合材料冲击试验技术领域，具体而言，涉及一种侵彻试验装置。
背景技术
随着航空航天技术的发展，对航天结构轻质化与比强度等提出了新的要求。飞机在起飞与降落过程中易受到冰雹、鸟等外物的冲击，对飞机造成了极大的安全隐患。因此研究航空航天复合材料的冲击性能与损伤机理对先进复合材料的发展与应用具有重要的意义。
目前，主要通过侵彻试验来测试复合材料板的冲击性能，即通过夹具将复合材料板固定后，通过侵彻杆高速撞击复合材料板。但是，现有复合材料板高速冲击测试夹具的形式较为单一，一种型号的夹具通常只能适用于一种板厚尺寸的复合材料板，在研究不同板厚尺寸的复合材料板的抗高速冲击性能时，需要频繁更换夹具，不仅严重制约高速冲击测试效率，而且提高了研究成本。另外，现有复合材料板高速冲击测试夹具还无法兼容不同SPR值(即复合材料板非固定区域长度与侵彻体长度的比值)，以至于需要频繁更换夹具，降低了测试效率。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提高侵彻试验的测试效率。
本发明提供一种侵彻试验装置，包括试验台、轻气炮、侵彻杆和用于夹持复合材料板的夹具，所述轻气炮与所述夹具间隔安装于所述试验台，所述侵彻杆连接于所述轻气炮，所述轻气炮用于驱动所述侵彻杆撞击复合材料板，所述夹具包括夹具体、调节块、压板、第一调节结构和第二调节结构，所述夹具体连接于所述试验台，所述调节块与所述压板分别连接于所述夹具体上，并用于将所述复合材料板压紧在所述调节块与所述压板之间，所述第一调节结构用于调节所述调节块在所述夹具体上的相对位置，所述第二调节结构用于调节所述压板在所述夹具体上的相对位置。
本发明所述的侵彻试验装置，可以兼容不同板厚与不同SPR值,具体地，确定预设SPR值，通过第一调节结构以及第二调节结构可以调整调节块以及压板在夹具体上的相对位置，压板可以将复合材料板压紧在调节块与压板之间，即复合材料板的一表面与压板接触，另一表面与调节块接触，以此压板可将不同厚度的复合材料板压紧在调节块与压板之间，以适应多种工况，而且，当侵彻体尺寸长度一定，通过第一调节结构以及第二调节结构调整调节块以及压板在夹具体上的相对位置，还可以改变夹持区域以实现不同SPR值下的侵彻行为研究。待夹具将复合材料板侵彻位置确定后，驱动充满氮气的轻气炮，使侵彻杆高速撞击复合材料板，完成高速侵彻试验。本发明相比于现有技术，可以兼容复合材料板高速冲击试验中不同的板厚与不同的SPR值，无需更换不同夹具，降低了研究成本，提高了测试效率。
可选地，所述第一调节结构包括设置在所述夹具体上的第一定位孔和设置在所述调节块上的第二定位孔，所述第一定位孔和/或所述第二定位孔设置有多个，所述调节块和所述夹具体在所述第一定位孔和所述第二定位孔处通过紧固件可拆卸连接。
可选地，所述第二调节结构包括设置在所述夹具体上的第三定位孔和设置在所述压板上的第四定位孔，第三定位孔和/或所述第四定位孔设置有多个，所述压板和所述夹具体在所述第三定位孔和所述第四定位孔处通过紧固件可拆卸连接。
可选地，所述夹具体上沿竖直方向开设有凹槽，所述调节块设于所述凹槽内。
可选地，本侵彻试验装置还包括子弹杆、第二支架和支撑管，所述第二支架连接于所述试验台，所述支撑管设置于所述第二支架上，所述侵彻杆穿设于所述支撑管，所述子弹杆连接于所述轻气炮，且所述子弹杆位于所述侵彻杆与所述轻气炮之间，所述轻气炮用于驱动所述子弹杆撞击所述侵彻杆。
可选地，所述侵彻杆靠近所述子弹杆的一端设置有限位螺母，所述限位螺母用于与所述支撑管靠近所述子弹杆的一端抵接。
可选地，本侵彻试验装置还包括第一支架和炮管，所述第一支架连接于所述试验台，所述炮管设置于所述第一支架上，且连接于所述轻气炮，所述子弹杆穿设于所述炮管。
可选地，所述侵彻杆用于靠近所述复合材料板的一端为方形结构。
可选地，所述夹具还包括底板，所述夹具体连接于所述底板，所述底板上开设有第一螺纹孔，所述试验台上开设有与所述第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔用于通过螺纹连接件连接。
可选地，所述夹具还包括加强肋板，所述加强肋板设置于所述夹具体背离所述压板的一侧，所述加强肋板的一端与所述底板连接，另一端与所述夹具体连接。
附图说明
图1为本发明实施例的侵彻试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的夹具的结构示意图；
图3为本发明实施例的夹具体的结构示意图；
图4为本发明实施例的调节块的结构示意图；
图5为本发明实施例的侵彻试验装置的原理图。
附图标记说明：
1、试验台；11、第一支架；12、炮管；13、第二支架；14、支撑管；2、轻气炮；3、侵彻杆；31、限位螺母；4、夹具；41、夹具体；411、第一定位孔；412、第三定位孔；42、调节块；421、第二定位孔；43、压板；431、第四定位孔；44、底板；45、加强肋板；5、子弹杆；6、复合材料板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位的词语，只是为了简化描述基于说明书附图的位置关系，并不代表所指的元件和装置等必须按照说明书中特定的方位和限定的操作及方法、构造进行操作，该类方位名词不构成对本发明的限制。
而且，附图中Z轴表示竖向，也就是上下位置，并且Z轴的正向(也就是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向)表示下；附图中X轴表示横向，也就是左右位置，并且X轴的正向(也就是X轴的箭头指向)表示左，X轴的负向(也就是与X轴的正向相反的方向)表示右。
同时需要说明的是，前述Z轴、X轴表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
如图1至4所示，本发明实施例的一种侵彻试验装置，包括试验台1、轻气炮2、侵彻杆3和用于夹持复合材料板6的夹具4，轻气炮2与夹具4间隔安装于试验台1，侵彻杆3连接于轻气炮2，轻气炮2用于驱动侵彻杆3撞击复合材料板6，夹具4包括夹具体41、调节块42、压板43、第一调节结构和第二调节结构，夹具体41连接于试验台1，调节块42与压板43分别连接于夹具体41上，并用于将复合材料板6压紧在调节块42与压板43之间，第一调节结构用于调节调节块42在夹具体41上的相对位置，第二调节结构用于调节压板43在夹具体41上的相对位置。
在本实施例中，结合附图1至4所示，调节块42和压板43可分别设置有两个，本侵彻试验装置，可以兼容不同板厚与不同SPR值(复合材料板非固定区域长度与侵彻体长度的比值),具体地，确定预设SPR值(可以用带颜色的笔将复合材料板6待侵彻区域划线，调节块42以及压板43根据划线处确定固定位置)，通过第一调节结构调整两个调节块42在夹具体上的位置(附图2中Z轴方向)，两个调节块42位置确定后，将调节块42相对夹具体41固定，然后通过第二调节结构使两个压板43将复合材料板6压紧在两个调节块42与两个压板43之间，并且使上端(附图2中Z轴正方向)压板43与上端(附图2中Z轴正方向)调节块42处于同一高度，下端(附图2中Z轴反方向)压板43与下端(附图2中Z轴反方向)调节块42处于同一高度，复合材料板6的一表面与压板43接触，另一表面与调节块42接触，以此压板43可将不同厚度的复合材料板6压紧在调节块42与压板43之间，以适应多种工况。而且，当侵彻体尺寸长度一定，通过第一调节结构以及第二调节结构调整调节块42以及压板43在夹具体上的相对位置，还可以改变夹持区域以实现不同SPR值下的侵彻行为研究。待夹具4将复合材料板6侵彻位置确定后，驱动充满氮气的轻气炮2，使侵彻杆3高速撞击复合材料板6，完成高速侵彻试验。本发明相比于现有技术，可以兼容复合材料板高速冲击试验中不同的板厚与不同的SPR值，无需更换不同夹具，降低了研究成本，提高了测试效率。
在其他实施方式中，调节块42以及压板43还可以是通过滑杆连接的两个滑块结构，这里不做限制，根据实际情况自主选择。
在上述的工作过程中，结合附图5所示，其中，a为复合材料板试验件(即附图1和附图2中复合材料板6)；b为侵彻体(即附图1中侵彻杆3撞击复合材料板6的端部)；c(阴影区域)为夹持区域(即附图2中调节块42与压板43夹持复合材料板6)；Ds为a的非夹持区域的长度；Dp为b沿a的长度方向的长度，SPR值代表复合材料板非固定区域长度与侵彻体长度的比值，即SPR＝Dp/Ds，通过改变夹持区域以实现不同SPR值下的侵彻行为研究。
可选地，第一调节结构包括设置在夹具体41上的第一定位孔411和设置在调节块42上的第二定位孔421，第一定位孔411和/或第二定位孔421设置有多个，调节块42和夹具体41在第一定位孔411和第二定位孔421处通过紧固件可拆卸连接。。
在本实施例中，结合附图2所示，第一定位孔411、第二定位孔421可以是长槽孔或者间隔设置的多个螺纹孔，紧固件可以是螺栓等螺纹连接件，即通过螺栓等螺纹连接件可以将调节块42固定在夹具体41上。通过将调节块42上的第二定位孔421与夹具体41上不同高度的第一定位孔411连接，或者，通过调节块42上不同高度的第二定位孔421与夹具体41上的第一定位孔411连接，可以将调节块42固定在夹具体41上的不同位置。
在其他实施方式中，第一定位孔411、第二定位孔421、第三定位孔412以及第四定位孔431还可以是间隔设置的多个销孔，这里不做限制，根据实际情况而定。
可选地，第二调节结构包括设置在夹具体41上的第三定位孔412和设置在压板43上的第四定位孔431，第三定位孔412和/或第四定位孔431设置有多个，压板43和夹具体41在第三定位孔412和第四定位孔431处通过紧固件可拆卸连接。
在本实施例中，第三定位孔412、第四定位孔431可以是长槽孔或者间隔设置的多个螺纹孔，紧固件可以是螺栓等螺纹连接件，即通过螺栓等螺纹连接件可以将调节块42以及压板43固定在夹具体41上。通过压板上的第四定位孔431与夹具体41上不同高度的第三定位孔412连接，或者，通过压板43上不同高度的第四定位孔431与夹具体41上的第三定位孔412连接，可以将压板43固定在夹具体41朝向侵彻杆3端部的一侧的不同位置。
可选地，夹具体41上沿竖直方向开设有凹槽，调节块42设于所述凹槽内。
在本实施例中，结合附图2-3所示，夹具体41上开设有矩形凹槽，通过第一调节结构可以调节调节块42在凹槽内的相对位置，凹槽可以提供复合材料板的冲击空间，通过设置凹槽可以减小夹具体41的整体体积。
可选地，还包括子弹杆5、第二支架13和支撑管14，第二支架13连接于试验台1，支撑管14设置于第二支架13上，侵彻杆3穿设于支撑管14，子弹杆5连接于轻气炮2，且子弹杆5位于侵彻杆3与轻气炮2之间，轻气炮2用于驱动子弹杆5撞击侵彻杆3。
在本实施例中，结合附图1所示，子弹杆5从轻气炮2中发射出(附图1中X轴正方向)，子弹杆5撞击侵彻杆3，侵彻杆3再撞击复合材料板6，若将侵彻杆3直接从轻气炮2中发射出，则侵彻杆3朝向复合材料板6撞击的过程中无法保证姿态，易发生旋转或弹道偏离，从而无法准确撞击复合材料板6。可以理解的是，本侵彻试验装置通过二次撞击来实现侵彻杆3的姿态平稳。第二支架13可通过螺栓连接于试验台1，第二支架13上可开设与支撑管14口径相适配的通孔以用于安装支撑管14，支撑管14可以使侵彻杆3保持正确姿态从支撑管14中发射出，不会发生弹道偏移。
在其他实施方式中，第二支架13还可与试验台1焊接，若为了便于第二支架13从试验台1上拆卸方便，优先采用可拆卸式例如螺栓连接或卡接安装在试验台1上。另外，第二支架13的数量可根据侵彻杆3的长度适当增加，这里不做限制，根据实际情况具体进行选择。
可选地，侵彻杆3靠近子弹杆5的一端设置有限位螺母31，限位螺母31用于与支撑管14靠近子弹杆5的一端抵接。
在本实施例中，结合附图1所示，限位螺母31可螺纹连接于侵彻杆3，通过在侵彻杆3的右端(附图1中X轴反方向)安装限位螺母31，可以提供更大的撞击面积，子弹杆5撞击后由于有限位螺母31，子弹杆5不会脱离支撑管14。
可选地，本侵彻试验装置还包括第一支架11和炮管12，第一支架11连接于试验台1，炮管12设置于第一支架11上，且连接于轻气炮2，子弹杆5穿设于炮管12。
在本实施例中，结合附图1所示，第一支架11可通过螺栓连接于试验台1，第一支架11上可开设与炮管12口径相适配的通孔以用于安装炮管12，炮管12可以使子弹杆5保持正确姿态从轻气炮2中发射出，不会发生弹道偏移。
可选地，侵彻杆3用于靠近复合材料板6的一端为方形结构。
在本实施例中，侵彻杆3靠近复合材料板6的一端设计为方形结构，侵彻杆3的其余部分为圆柱形，复合材料板6并不全是平整结构，有时是带有一定角度的，通过将侵彻杆3的撞击端设计成方形结构，可以保证侵彻杆3的角度正确。
在其他实施方式中，侵彻杆3的撞击端可以是四边形、五边形、六边形等结构，这里不做限制，根据实际情况具体进行选择。
可选地，夹具4还包括底板44，夹具体41连接于底板44，底板44上开设有第一螺纹孔，试验台1上开设有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，第一螺纹孔与第二螺纹孔用于通过螺纹连接件连接。
在本实施例中，结合附图2所示，夹具体41可与底板44焊接，底板44可通过螺纹连接件穿过第一螺纹孔并连接于试验台1上的第二螺纹孔内，以将底板44安装在试验台1上。
在其他实施方式中，底板44还可与试验台1焊接，若为了便于底板44从试验台1上拆卸方便，优先采用可拆卸式(例如螺栓连接或卡接)安装在试验台1上。
可选地，夹具4还包括加强肋板45，加强肋板45设置于夹具体41背离压板43的一侧，加强肋板45的一端与底板44连接，另一端与夹具体41连接。
在本实施例中，结合附图2所示，加强肋板45的一端可焊接于底板44，加强肋板45的另一端可焊接于夹具体41，以增强夹具4的整体稳定性。
术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种侵彻试验装置，其特征在于，包括试验台(1)、轻气炮(2)、侵彻杆(3)和用于夹持复合材料板(6)的夹具(4)，所述轻气炮(2)与所述夹具(4)间隔安装于所述试验台(1)，所述侵彻杆(3)连接于所述轻气炮(2)，所述轻气炮(2)用于驱动所述侵彻杆(3)撞击所述复合材料板(6)，所述夹具(4)包括夹具体(41)、调节块(42)、压板(43)、第一调节结构和第二调节结构，所述夹具体(41)连接于所述试验台(1)，所述调节块(42)与所述压板(43)分别连接于所述夹具体(41)上，并用于将所述复合材料板(6)压紧在所述调节块(42)与所述压板(43)之间，所述第一调节结构用于调节所述调节块(42)在所述夹具体(41)上的相对位置，所述第二调节结构用于调节所述压板(43)在所述夹具体(41)上的相对位置。
2.根据权利要求1所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述第一调节结构包括设置在所述夹具体(41)上的第一定位孔(411)和设置在所述调节块(42)上的第二定位孔(421)，所述第一定位孔(411)和/或所述第二定位孔(421)设置有多个，所述调节块(42)和所述夹具体(41)在所述第一定位孔(411)和所述第二定位孔(421)处通过紧固件可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述第二调节结构包括设置在所述夹具体(41)上的第三定位孔(412)和设置在所述压板(43)上的第四定位孔(431)，所述第三定位孔(412)和/或所述第四定位孔(431)设置有多个，所述压板(43)和所述夹具体(41)在所述第三定位孔(412)和所述第四定位孔(431)处通过紧固件可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述夹具体(41)上沿竖直方向开设有凹槽，所述调节块(42)设于所述凹槽内。
5.根据权利要求1所述的侵彻试验装置，其特征在于，还包括子弹杆(5)、第二支架(13)和支撑管(14)，所述第二支架(13)连接于所述试验台(1)，所述支撑管(14)设置于所述第二支架(13)上，所述侵彻杆(3)穿设于所述支撑管(14)，所述子弹杆(5)连接于所述轻气炮(2)，且所述子弹杆(5)位于所述侵彻杆(3)与所述轻气炮(2)之间，所述轻气炮(2)用于驱动所述子弹杆(5)撞击所述侵彻杆(3)。
6.根据权利要求5所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述侵彻杆(3)靠近所述子弹杆(5)的一端设置有限位螺母(31)，所述限位螺母(31)用于与所述支撑管(14)靠近所述子弹杆(5)的一端抵接。
7.根据权利要求5所述的侵彻试验装置，其特征在于，还包括第一支架(11)和炮管(12)，所述第一支架(11)连接于所述试验台(1)，所述炮管(12)设置于所述第一支架(11)上，且连接于所述轻气炮(2)，所述子弹杆(5)穿设于所述炮管(12)。
8.根据权利要求1所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述侵彻杆(3)用于靠近所述复合材料板(6)的一端为方形结构。
9.根据权利要求1所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述夹具(4)还包括底板(44)，所述夹具体(41)连接于所述底板(44)，所述底板(44)上开设有第一螺纹孔，所述试验台(1)上开设有与所述第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔用于通过螺纹连接件连接。
10.根据权利要求9所述的侵彻试验装置，其特征在于，所述夹具(4)还包括加强肋板(45)，所述加强肋板(45)设置于所述夹具体(41)背离所述压板(43)的一侧，所述加强肋板(45)的一端与所述底板(44)连接，另一端与所述夹具体(41)连接。
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