CN115326564A - 一种纤维束动态拉伸性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种纤维束动态拉伸性能试验装置，属于材料动态力学性能实验技术领域。试样夹持装置固定带状纤维束样件两端，杆‑压头撞击装置的压头紧靠所述带状纤维束样件中部，使带状纤维束样件拉紧但无预应力并且自由段与杆‑压头撞击装置的轴线平行，子弹发射装置发射子弹撞击杆‑压头撞击装置，从而对带状纤维束样件进行动态拉伸，杆‑压头撞击装置内有压电传感器用于测量应力，高速摄影装置拍摄试验过程中所述试样的变形以测量其应变。克服了现有动态拉伸装置的不足，原理更为简单，装置外形更加协调。

Description

一种纤维束动态拉伸性能试验装置

技术领域

本发明属于材料动态力学性能实验技术领域，具体涉及一种纤维束动态拉伸性能测试装置。

背景技术

研究材料在高应变率下的力学响应，对结构设计和材料研究均有重要意义。在对材料进行动态拉伸试验时，常用的装置是霍普金森杆拉杆装置或其改进发展的装置（例如旋转盘式冲击拉伸试验装置等）。夏源明等设计了一种直接拉伸式实验装置，主要包括发射装置、子弹、金属短杆、入射杆、透射杆、能量吸收装置和数据采集系统组成。将试件的两端通过胶粘或螺纹等方式连接于输入杆和输出杆之间，通过子弹撞击前置金属短杆，短杆断裂产生拉伸波，即入射波（由贴在入射杆上的电阻应变片测得），拉应力应变脉冲在入射杆中向前传播，当传送至入射杆与试件界面时，由于试件材料和透射杆材料的惯性效应，整个试件将被拉伸。同时，由于杆与试件之间的波阻抗差异，入射波被部分反射为反射波还由贴在入射杆上的电阻应变片测得，透射波由透射杆上的电阻应变片测得，由测得的入射波、反射波和透射波就可以处理得到材料的形变和破坏情况，获得材料的动态力学性能数据。该试验装置得到材料应力应变曲线的原理及其数据处理过程较为复杂，最终结果的准确性易受影响，并且装置中多为细长杆件，整个试验装置空间利用率较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维束动态拉伸性能试验装置。该装置克服了现有动态拉伸装置的不足，原理更为简单，装置外形更加协调。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种纤维束动态拉伸性能试验装置，所述纤维束动态拉伸性能试验装置包括用于固定带状纤维束试样两端的夹持装置、杆-压头撞击装置、子弹发射装置、高速摄影装置。所述夹持装置固定纤维束试样两端，所述纤维束试样长度为两固定端距离的数倍，所述杆-压头撞击装置的压头紧靠所述试样中部，使所述试样拉紧但无预应力并且自由段与所述杆-压头撞击装置轴线平行，所述子弹发射装置发射子弹撞击所述杆-压头撞击装置，从而对纤维束试样进行动态拉伸，所述杆-压头撞击装置内有压电传感器用于测量应力，所述高速摄影装置拍摄试验过程中所述试样的变形以测量其应变。

优选的是，本发明的子弹发射装置包括储气室，储气室的上部设置发射阀体，发射阀体的一侧设置与杆-压头撞击装置相配合的炮管，未发射时子弹装在所述炮管里，试验开始时所述子弹撞向所述杆-压头撞击装置。

优选的是，本发明的杆-压头撞击装置包括依次连接的入射杆、压电传感器、连接器、压头，所述入射杆远离压电传感器的一端与炮管相配合，所述压头紧靠带状纤维束样件的中部。

优选的是，本发明的压头为半圆柱体，通过圆弧侧面对所述带状纤维束样件施加压力，所述弧面开有沟槽防止所述带状纤维束样件脱落，所述压头的平侧面上开有孔，所述连接器将入射杆的受力传给压头。

优选的是，本发明的连接器为同心圆柱体，小圆柱体插入压头的盲孔。

优选的是，本发明的试样夹持装置包括一U型叉架，所述U型叉架两端分别固定一摇块，每个摇块上用螺钉连接一压块，所述压块和摇块之间夹紧，用于将带状纤维束样件的端部固定。

优选的是，本发明的摇块两侧包括一圆柱状突起，用于卡入所述U型叉架；摇块内侧包括圆弧状凸台，用于改变带状纤维束样件的拉伸方向。

优选的是，本发明的带状纤维束样件上作有标记，所述高速摄影装置纪录试验过程中所述带状纤维束样件的变形。

由上所述，本发明提供的纤维束动态拉伸性能试验装置有如下有益效果：

（1）由压电传感器和高速摄影装置测得的数据经过简单处理即可获得材料的应力应变。

（2）发挥纤维束样件柔软的特性，将其两端固定，对其中部施加压力来使其拉伸，不仅提升了装置空间利用率，还省去了原装置中将压缩转化为拉伸的部件，进一步简化试验装置。

附图说明

图1为本发明试验装置的结构示意图。

图2为本发明的夹持装置和杆-压头撞击装置的结构示意图。

图3为本发明的叉架结构示意图。

图4为本发明的摇块结构示意图。

图5为本发明的压头和连接器结构示意图。

图中：1、子弹发射装置，11、储气室，12、发射阀体，13、炮管，14、子弹；2、杆-压头撞击装置，21、入射杆，22、压电传感器，23、连接器，24、压头；3、试样夹持装置，31、螺钉，32、压块，33、摇块，34、U型叉架；4、带状纤维束样件；5、高速摄影装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”“水平”“竖直”指的是附图中的方向。

如图1所示，一种纤维束动态拉伸性能试验装置，包括：子弹发射装置1、杆-压头撞击装置2、试样夹持装置3、带状纤维束样件4、高速摄影装置5，所述试样夹持装置3固定带状纤维束样件4两端，所述带状纤维束样件4的长度为两固定端距离的数倍，所述杆-压头撞击装置2的压头24紧靠所述带状纤维束样件4中部，使所述带状纤维束样件4拉紧但无预应力并且自由段与所述杆-压头撞击装置2的轴线平行，所述子弹发射装置1发射子弹撞击所述杆-压头撞击装置2，从而对带状纤维束样件4进行动态拉伸，所述杆-压头撞击装置2内有压电传感器22用于测量应力，所述高速摄影装置5拍摄试验过程中所述试样的变形以测量其应变。

如图1所示，本发明的子弹发射装置1包括储气室11、发射阀体12、炮管13、子弹14。试验开始前子弹置于炮管13内，压缩气体由储气室11充至发射阀体12内，开启阀门，气体将子弹射出撞向杆-压头撞击装置2中的杆端。

如图1、图2所示，本发明的杆-压头撞击装置2包括入射杆21、压电传感器22、连接器23、压头24。各个部件用抗冲击胶水依次粘接，杆-压头撞击装置2置于一水平导轨上，压头24紧靠带状纤维束样件4试样中部，带状纤维束样件4的两端用试样夹持装置3固定，使带状纤维束样件4拉紧但无预应力并且自由段与杆-压头撞击装置2轴线平行，在自由段上的合理范围内标记出试验段。压电传感器22用于测量试验过程中入射杆的应力值。如图5所示，压头24为半圆柱体，与带状纤维束样件4接触的侧面开槽以防止纤维束脱落，压头24与连接器23连接的侧面开有盲孔，连接器为同心圆柱体，小圆柱体插入压头24的盲孔。

如图1、图2、图3所示，本发明的试样夹持装置3包括一U型叉架34，所述U型叉架34两端分别固定一摇块33，每个摇块33上用螺钉31连接一压块32，所述压块32和摇块33之间夹紧，用于将带状纤维束样件4的端部固定。

如图2所示，摇块33两侧包括一圆柱状突起，用于卡入所述U型叉架34；摇块33内侧包括圆弧状凸台，用于改变带状纤维束样件4的拉伸方向。

如图3所示，U型叉架34上下两端水平方向设置圆柱卡槽，竖直方向设置方形卡槽，如图4所示，摇块33为一长方型板，水平方向设置柱状突起，可如图2所示固定在U型卡槽34上下两端。摇块33板面设置6个螺纹盲孔，压块33对应位置设置6个通孔，可用螺钉将摇块34与压块33连接。摇块34下部设置半圆柱状凸起以改变纤维束试样的拉伸方向。

如图1所示，本发明的高速摄影装置5用于纪录试验过程中所述带状纤维束试样的变形，若试样标记段变形均匀则可用其长度改变量与原长的比值代表每一时刻的应变。

工作过程：布置试验装置，子弹发射装置1发射子弹撞击杆-压头撞击装置2，压头24对纤维束样件中部施加动态载荷，而纤维束样件端部被固定，从而完成纤维束样件的动态拉伸。通过压电传感器22和高速摄影装置5对于试验过程中的应力应变进行测量。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：包括依次布置的子弹发射装置（1）、杆-压头撞击装置（2）、试样夹持装置（3）、高速摄影装置（5），

所述子弹发射装置（1）发射子弹撞击所述杆-压头撞击装置（2），实现对纤维束试样进行动态拉伸；

所述试样夹持装置（3）用于固定带状纤维束样件（4）的两端；

所述杆-压头撞击装置（2）上的压头紧靠带状纤维束样件（4）的中部；

所述高速摄影装置（5）用于拍摄试验过程中所述试样的变形以测量其应变。

2.根据权利要求1所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述子弹发射装置（1）包括储气室（11），储气室（11）的上部设置发射阀体（12），发射阀体（12）的一侧设置与杆-压头撞击装置（2）相配合的炮管（13），未发射时子弹装在所述炮管（13）里，试验开始时所述子弹撞向所述杆-压头撞击装置（2）。

3.根据权利要求2所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述杆-压头撞击装置（2）包括依次连接的入射杆（21）、压电传感器（22）、连接器（23）、压头（24），所述入射杆（21）远离压电传感器（22）的一端与炮管（13）相配合，所述压头（24）紧靠带状纤维束样件（4）的中部。

4.根据权利要求3所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述压头（24）为半圆柱体，通过圆弧侧面对所述带状纤维束样件（4）施加压力，所述弧面开有沟槽防止所述带状纤维束样件（4）脱落，所述压头（24）的平侧面上开有孔，所述连接器（23）将入射杆（21）的受力传给压头（24）。

5.根据权利要求1所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述连接器为同心圆柱体，小圆柱体插入压头（24）的盲孔。

6.根据权利要求1所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述试样夹持装置（3）包括一U型叉架（34），所述U型叉架（34）两端分别固定一摇块（33），每个摇块（33）上用螺钉（31）连接一压块（32），所述压块（32）和摇块（33）之间夹紧，用于将带状纤维束样件（4）的端部固定。

7.根据权利要求6所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述摇块（33）两侧包括一圆柱状突起，用于卡入所述U型叉架（34）；摇块（33）内侧包括圆弧状凸台，用于改变带状纤维束样件（4）的拉伸方向。

8.根据权利要求1所述的纤维束动态拉伸性能试验装置，其特征在于：所述带状纤维束试样上作有标记，所述高速摄影装置（5）纪录试验过程中所述带状纤维束样件（4）的变形。

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