CN115452551B - 气动式霍普金森扭杆装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动式霍普金森扭杆装置及操作方法，所述气动式霍普金森扭杆装置包括入射杆和透射杆；所述入射杆和透射杆的底部设有多个扭杆支架，且所述入射杆和所述透射杆之间设有用于固定试样的试样固定组件；所述入射杆远离所述透射杆的一端设有高压气体脉冲组件，所述高压气体脉冲组件与所述入射杆之间设有用于传递扭矩的脉冲传力组件，且所述高压气体脉冲组件上连接有高压气体存储组件；所述透射杆远离所述入射杆的一端设有卸波套筒。本发明能够对冲击扭矩波的施加方式和强度进行精确控制，确保整个装置中各组成部分的精确对中，从而大大提高实验的有效性、科学性和准确性。

Description

气动式霍普金森扭杆装置及操作方法

技术领域

本发明涉及岩石类材料动态冲击力学实验装置技术领域，尤其涉及气动式霍普金森扭杆装置及操作方法。

背景技术

冲击扭转荷载作用下岩石类脆性材料剪切力学特性的研究已经成为岩石力学与工程界亟需解决的难点问题，在岩体工程结构设计和稳定性评估中占有重要的地位。分离式霍普金森扭杆装置是探索中高应变率条件下岩石动态剪切特性的核心实验装置，但是由于技术门槛较高、测试精度要求较大等因素，导致目前适用于岩石类材料的大直径分离式霍普金森扭杆装置远远不能达到实验测试的要求。典型的分离式霍普金森扭杆根据扭矩来源的不同，可以划分为：预储能型、侧面碰撞型和爆炸冲击型等三种。其中，预储能型由于其相对安全性高以及扭转波可调控等优势，逐渐成为分离式霍普金森扭杆的主流发展方向，其基本测试过程为：首先，通过在入射杆端储存一定的预加能量；之后，将薄壁圆管状试样与入射杆和透射杆端面之间进行固定；最后，通过预储存能量的瞬间释放，在入射杆中形成冲击扭矩波，将试样剪切破坏，根据入射杆和透射杆上粘贴的应变片获取的入射波、反射波、透射波信号得到材料的应力应变实测数据。

专利号为ZL201811026294.X的发明专利中公开了一种电磁压旋式霍普金森扭杆，利用脉冲式电磁加载器对旋转叶片施加压力；专利号为ZL201910152881.1的发明专利中公开了一种电磁式霍普金森扭杆夹紧及释放装置，电磁铁结构通电状态下与辅助夹紧块通过电磁力吸引夹紧，断电状态下与辅助夹紧块分离，以解决普金森扭杆无法决速夹紧与释放的技术问题；专利号为ZL202010311668.3的发明专利中公开了一种机电组合加载式霍普金森扭杆，采用无轴内撞圆盘旋转撞击扭转脉冲输出轴，在扭转脉冲输出轴中产生个瞬态的扭转脉冲，通过脉冲整形器，直接给入射杆端施加一个脉冲扭矩。上述技术方案都对霍普金森扭杆装置进行了相应的改进，但是在一定程度上仍然存在实验难度较大、测试效率较低、可靠性无法保证的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种气动式霍普金森扭杆装置及操作方法，能够大大提高实验的有效性和科学性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

气动式霍普金森扭杆装置，包括入射杆和透射杆；其特征在于：所述入射杆和透射杆的底部设有多个扭杆支架，且所述入射杆和所述透射杆之间设有用于固定试样的试样固定组件；所述入射杆远离所述透射杆的一端设有高压气体脉冲组件，所述高压气体脉冲组件与所述入射杆之间设有用于传递扭矩的脉冲传力组件，且所述高压气体脉冲组件上连接有高压气体存储组件；所述透射杆远离所述入射杆的一端设有卸波套筒。

进一步的，所述扭杆支架包括第一底板，所述第一底板上对称安装有多个第一液压支柱，多个所述第一液压支柱的顶部固设有同一个第一顶板，所述第一顶板的顶部安装有第一角度调整圆盘，所述第一角度调整圆盘的顶部固设有第一安装框，所述第一安装框的顶部对称设有两个弧形安装柱，两个所述弧形安装柱之间安装有多个滚轮轴，每个所述滚轮轴上均安装有多个扭杆支架滚轮。

进一步的，所述试样固定组件包括两个注胶套筒，两个所述注胶套筒通过杆端注胶模具分别与所述入射杆和所述透射杆对应连接，所述试样位于两个所述注胶套筒之间，且两个所述注胶套筒外还套设有试样端注胶模具。

进一步的，所述注胶套筒靠近所述入射杆或者透射杆的一端开设有一圈第一安装槽，所述第一安装槽内设有一圈第一凸台，所述第一安装槽的宽度大于所述入射杆或者透射杆的壁厚；

所述注胶套筒远离所述入射杆或者透射杆的一端开设有一圈第二安装槽，所述第二安装槽内设有一圈第二凸台，所述第二安装槽的宽度大于所述试样的厚度。

进一步的，所述杆端注胶模具包括杆端上注胶模具和杆端下注胶模具，所述杆端上注胶模具和杆端下注胶模具的一端通过杆端注胶模具卡销活动连接，所述杆端上注胶模具和杆端下注胶模具的另一端可拆卸连接，所述杆端上注胶模具的侧面开设有第一注胶孔，所述第一注胶孔与所述第一安装槽连通；

所述试样端注胶模具包括试样上注胶模具和试样下注胶模具，所述试样上注胶模具和试样下注胶模具的一端通过试样端注胶模具卡销活动连接，所述试样上注胶模具和试样下注胶模具的另一端可拆卸连接，所述试样上注胶模具的顶部开设有垂直向下方向的第二注胶孔，所述第二注胶孔的底部连通设有第三注胶孔，所述第三注胶孔贯穿所述试样上注胶模具的左右两侧，且所述第三注胶孔的左右两端与两个第二安装槽对应连通。

进一步的，所述高压气体脉冲组件包括预存气室和导气套筒，所述导气套筒内开设有导气通道，所述预存气室与所述导气通道之间设有导气孔，所述导气孔处设有高速启闭阀门，所述导气套筒远离所述预存气室的一端均匀环向分布有多个导气出口，多个所述导气出口均与所述导气通道连通；所述导气套筒的内侧壁中心位置处设有激光对中装置发射端，所述导气套筒外套设有第一法兰盘，所述第一法兰盘上开设有多个第一螺纹孔。

进一步的，所述高压气体脉冲组件的下方还设有脉冲支架，所述脉冲支架包括第二底板，所述第二底板上对称安装有多个第二液压支柱，多个所述第二液压支柱的顶部固设有同一个第二顶板，所述第二顶板的顶部安装有第二角度调整圆盘，所述第二角度调整圆盘的顶部固设有第二安装框，所述第二安装框的顶部固设有固定环，所述固定环可拆卸套设在所述导气套筒上，且所述固定环上开设有多个与所述第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔。

进一步的，所述脉冲传力组件包括卡销环锁和脉冲传力齿轮，所述卡销环锁包括多个卡销，相邻两个所述卡销之间通过两个连杆首尾相连，两个所述连杆之间通过松紧螺母连接，所述入射杆靠近所述高压气体脉冲组件的一端外表面上开设有与所述卡销环锁和脉冲传力齿轮内环相匹配的凹槽，所述脉冲传力齿轮位于所述凹槽的最后端，所述卡销环锁位于所述凹槽的中间，所述凹槽的前端还可拆卸设有与所述激光对中装置发射端相匹配的激光对中装置接收端。

进一步的，所述高压气体存储组件包括存储罐，所述存储罐内设有高压气体预存室和高压气体充气室，所述高压气体预存室与所述高压气体充气室之间设有二级泵，所述高压气体预存室上还连接有进气泵，所述高压气体充气室上连接有高压输气管，所述高压输气管远离所述高压气体充气室的一端与所述预存气室连接。

进一步的，气动式霍普金森扭杆装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：对所有的扭杆支架进行对中整平；

S2：使用试样固定组件对试样进行固定；

S3：在入射杆靠近高压气体脉冲组件的一端连接脉冲传力组件；

S4：对高压气体脉冲组件进行对中整平；

S5：将高压气体脉冲组件与高压气体存储组件连接；

S6：将高压气体存储组件中存储的气体泵入高压气体脉冲组件中，对脉冲传力组件施加瞬时扭矩，通过入射杆将扭矩传导至试样，从而完成瞬时扭矩的施加工作；

S7：卸波套筒吸收投射的扭转波，放置扭转波回弹影响实验结果。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，

1、本发明的扭杆装置中高压气体脉冲组件与入射杆之间设有用于传递扭矩的脉冲传力组件，且高压气体脉冲组件上连接有高压气体存储组件，高压气体存储组件内存储的气体可通过高压输气管输送至高压气体脉冲组件中进行瞬时释放，对脉冲传力组件施加瞬时扭矩，然后再通过入射杆将扭矩传导至试样，从而完成对试样的瞬时扭矩施加，实验所需的扭矩大小可转换成气压的大小，通过二级泵进行控制，进而可以准确的控制冲击扭矩波的施加方式和施加强度。

2、本发明的扭杆装置中高压气体脉冲组件与入射杆之间设有用于传递扭矩的脉冲传力组件，高压气体脉冲组件包括预存气室和导气套筒，导气套筒与脉冲传力组件连接的一端均匀环向设有多个导气出口，环形分布的多个导气出口的直线脉冲冲击到脉冲传力组件的受击齿轮面上，通过脉冲传力组件将脉冲力转化为扭矩，结构简单，操作方便。

3、本发明中的试样固定组件不仅能够对试样进行固定，还能够保证试样两端与两个注胶套筒之间注胶厚度，以及注胶套筒与入射杆和投射赶之间的注胶厚度相同，且增加了试样端部注胶的接触面，提高了粘接牢固性；试样的拆装也很方便。

4、本发明中的试样固定组件在入射杆和透射杆的下方均设有扭杆支架，在高压气体脉冲组件的下方还设有脉冲支架，扭杆支架和脉冲支架上均设有激光装置，同时，扭杆支架和脉冲支架的顶部角度均可通过角度调整圆盘进行调节，配合激光装置，可确保整个装置中各组成部分的精确对中，提高试验的有效性、科学性和准确性。

附图说明

图1为本发明气动式霍普金森扭杆装置整体结构示意图。

图2为本发明扭杆支架结构轴测图。

图3为本发明扭杆支架结构爆炸图。

图4为本发明扭杆支架右视图。

图5为本发明试样固定组件结构轴测图。

图6为本发明试样固定组件外部结构主视图。

图7为本发明试样固定组件结构爆炸图。

图8为本发明试样固定组件内部结构示意图。

图9为本发明图8中A部分结构局部放大图。

图10为本发明注胶套筒结构示意图。

图11为本发明高压气体脉冲组件结构轴测图。

图12为本发明高压气体脉冲组件内部结构示意图。

图13为本发明中高压气体脉冲组件侧视图。

图14为本发明脉冲支架结构轴测图。

图15为本发明脉冲支架结构右视图。

图16为本发明脉冲传力组件结构轴测图。

图17为本发明脉冲传力组件结构爆炸图。

图18为本发明卡销环锁结构爆炸图。

图19为本发明高压气体存储组件结构轴测图。

图20为本发明高压气体存储组件结构主视图。

图21为本发明高压气体存储组件内部结构示意图。

其中：1-入射杆，101-凹槽，2-透射杆，3-扭杆支架，301-第一底板，302-第一液压支柱，303-第一顶板，304-第一角度调整圆盘，305-第一安装框，306-弧形安装柱，307-滚轮轴，308-扭杆支架滚轮，4-试样，5-试样固定组件，501-注胶套筒，5011-第一安装槽，5012-第一凸台，5013-第二安装槽，5014-第二凸台，502-杆端注胶模具，5021-杆端上注胶模具，5022-杆端下注胶模具，5023-杆端注胶模具卡销，5024-第一注胶孔，503-试样端注胶模具，5031-试样上注胶模具，5032-试样下注胶模具，5033-试样端注胶模具卡销，5034-第二注胶孔，5035-第三注胶孔，6-高压气体脉冲组件，601-预存气室，602-导气套筒，603-导气通道，604-导气孔，605-高速启闭阀门，606-导气出口，607-激光对中装置发射端，608-第一法兰盘，609-第一螺纹孔，7-脉冲传力组件，701-卡销环锁，7011-卡销，7012-连杆，7013-松紧螺母，702-脉冲传力齿轮，703-激光对中装置接收端，8-高压气体存储组件，801-存储罐，802-高压气体预存室，803-高压气体充气室，804-二级泵，805-进气泵，806-高压输气管，9-卸波套筒，10-脉冲支架，1001-第二底板，1002-第二液压支柱，1003-第二顶板，1004-第二角度调整圆盘，1005-第二安装框，1006-固定环，1007-第二螺纹孔，11-控制台，12-激光仪。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-21所示的气动式霍普金森扭杆装置，包括入射杆1和透射杆2；所述入射杆1和透射杆2的底部设有多个扭杆支架3，且所述入射杆1和所述透射杆2之间设有用于固定试样4的试样固定组件5；所述入射杆1远离所述透射杆2的一端设有高压气体脉冲组件6，所述高压气体脉冲组件6与所述入射杆1之间设有用于传递扭矩的脉冲传力组件7，且所述高压气体脉冲组件6上连接有高压气体存储组件8；所述透射杆2远离所述入射杆1的一端设有卸波套筒9，所述扭杆装置还包括控制台11。

控制台11作为装置整体的操作中心，可通过触屏面板控制整个装置的对中整平，高压气体的存储和释放，以及实验数据的收集和整理等。

高压气体存储组件8是整个装置的储能系统，可将外部空气泵入其中，然后将存储在其中的气体通过数控向高压气体脉冲组件6中充气。

高压气体脉冲组件6是整个装置的释能系统，将高压气体存储组件8充入其中的高压气体通过数控瞬时释放，对脉冲传力组件7施加一个瞬时的扭矩，通过入射杆1将扭矩传导至试样5，从而完成瞬时扭矩的施加工作。

脉冲传力组件7将高压气体的冲击力转化为扭矩，并将扭矩传递给入射杆1，从而实现扭矩的转换和传递功能。

卸波套筒9采用吸能效果优异的材料制作，安装在透射杆2的末端，以吸收透射过来的扭转波，防止扭转波回弹影响实验结果。

扭杆支架3起着对入射杆1和透射杆2支撑、整平、对中的作用，可以实现对扭杆(入射杆1和透射杆2的总称)的精确对中整平和可靠支撑。

试样固定组件5通过实现试样4和扭杆的精确对中和可靠、精确注胶。较好地解决对中不精确、注胶不牢固、注胶不均匀等现实问题。

具体的，所述扭杆支架3包括第一底板301，所述第一底板301上对称安装有四个第一液压支柱302，四个所述第一液压支柱302的顶部固设有同一个第一顶板303，所述第一顶板303的顶部安装有第一角度调整圆盘304，所述第一角度调整圆盘304的顶部固设有第一安装框305，所述第一安装框305的顶部对称设有两个弧形安装柱306，两个所述弧形安装柱306之间安装有三个滚轮轴307，每个所述滚轮轴307上均安装有五个扭杆支架滚轮308，所述第一安装框305的左右两侧还都安装有激光仪12，其中一侧面上为激光仪12的发射端，另一侧面上为激光仪12的接收端，相邻两个第一安装框305相对的两个侧面上分别为激光仪12的接收端和发射端，通过激光仪12的发射端和接收端能够对第一安装框305进行精确对中，第一角度调整圆盘304可以调整第一安装框305的角度，通过数控光电对中自动调整其转动以实现对中目的，所述第一角度调整圆盘304可采用内嵌集成化电子控制系统进行角度调节，激光仪12的发射端发射出一条激光，接收端接收到一定角度范围内的激光，将数字化信息反馈至第一角度调整圆盘304，通过内嵌的集成化电子控制系统控制第一角度调整圆盘304转动，从而使所有的第一安装框305相互对应(需要说明的是，第一角度调整圆盘304的内嵌集成化电子控制方式属于现有技术，本申请中不做赘述)；四个第一液压支柱302可独自伸缩，通过调整每个第一液压支柱302的长度可第一安装框305的高度进行调节；扭杆支架滚轮308可在滚轮轴307上转轴，用于对入射杆1或者透射杆2进行支撑，确保其只能发生沿径向的自由转动。

所述试样固定组件5包括两个注胶套筒501，两个所述注胶套筒501通过杆端注胶模具502分别与所述入射杆1和所述透射杆2对应连接，所述试样4位于两个所述注胶套筒501之间，且两个所述注胶套筒501外还套设有试样端注胶模具503。

更具体的，所述注胶套筒501为实心圆柱结构，注胶套筒501靠近所述入射杆1或者透射杆2的一端开设有一圈第一安装槽5011，所述第一安装槽5011内设有一圈第一凸台5012，所述第一安装槽5011的宽度大于所述入射杆1或者透射杆2的壁厚；第一安装槽5011的内圈直径与入射杆1或者透射杆2的内侧直径相匹配，入射杆1和透射杆2可插入对应的第一安装槽5011中，且入射杆1和透射杆2的内侧壁与第一安装槽5011的内圈相贴合，第一凸台5012可对入射杆1和透射杆2插入的深度进行限定。

所述注胶套筒501远离所述入射杆1或者透射杆2的一端开设有一圈第二安装槽5013，所述第二安装槽5013内设有一圈第二凸台5014，所述第二安装槽5013的宽度大于所述试样4的厚度，且第二安装槽5013的内圈直径与试样4的内侧直径相匹配，试样4可插入第二安装槽5013中，且试样4的内侧壁与第二安装槽5013的内圈相贴合，第二凸台5014对试样4的插入深度进行限定，试样4的两端分别插入两个注胶套筒501中。

所述杆端注胶模具502包括杆端上注胶模具5021和杆端下注胶模具5022，所述杆端上注胶模具5021和杆端下注胶模具5022的一端通过杆端注胶模具卡销5023铰接连接，所述杆端上注胶模具5021和杆端下注胶模具5022的另一端通过磁铁吸附连接，且杆端上注胶模具5021和杆端下注胶模具5022的接触面为粗糙设置，确保二者之间不会发生滑动。所述杆端上注胶模具5021的侧面开设有第一注胶孔5024，在端上注胶模具5021和杆端下注胶模具5022合在一起时，所述第一注胶孔5024与所述第一安装槽5011连通，可通过第一注胶孔5024向入射杆1(透射杆2)与注胶套筒501的端部之间注胶，从而对入射杆1(透射杆2)与注胶套筒501之间进行粘接固定。

所述试样端注胶模具503包括试样上注胶模具5031和试样下注胶模具5032，所述试样上注胶模具5031和试样下注胶模具5032的一端通过试样端注胶模具卡销5033铰接连接，所述试样上注胶模具5031和试样下注胶模具5032的另一端通过磁铁吸附连接，且试样上注胶模具5031和试样下注胶模具5032的接触面为粗糙设置，确保二者之间不会发生滑动。所述试样上注胶模具5031的顶部开设有垂直向下方向的第二注胶孔5034，所述第二注胶孔5034的底部连通设有第三注胶孔5035，所述第三注胶孔5035贯穿所述试样上注胶模具5031的左右两侧，在试样上注胶模具5031和试样下注胶模具5032合在一起时，所述第三注胶孔5035的左右两端与两个注胶套筒501上的第二安装槽5013均连通，通过第二注胶孔5034注入的浇水可通过第三注胶孔5035流向两个注胶套筒501上的第二安装槽5013中，从而对试样4和注胶套筒501的端部之间进行粘接固定，第一凸台5012和第二凸台5014的设置可保证注胶套筒501与入射杆1和透射杆之间的粘接厚度，以及两个注胶套筒501与试样4之间的注胶厚度相同。

进一步的，所述高压气体脉冲组件6包括预存气室601和导气套筒602，所述导气套筒602远离所述预存气室601的一端为开口结构，所述导气套筒602内开设有环状的导气通道603，所述预存气室601与所述导气通道603之间设有导气孔604，所述导气孔604处设有高速启闭阀门605，所述导气套筒602远离所述预存气室601的一端均匀环向分布有24个导气出口606，24个所述导气出口606均与所述导气通道603连通；所述导气套筒602的内侧壁中心位置处设有激光对中装置发射端607，所述导气套筒602外套设有第一法兰盘608，所述第一法兰盘608上开设有多个第一螺纹孔609。高压气体存储组件8传来的高压气体收集在预存气室601内，根据数控指令控制高速启闭阀门605打开导气孔604释放高压气体至导气通道603中，高压气体最终从24个导气出口606排出。

所述高压气体脉冲组件6的下方还设有脉冲支架10，所述脉冲支架10用于对高压脉冲组件6进行支撑和对中，所述脉冲支架10包括第二底板1001，所述第二底板1001上对称安装有多个第二液压支柱1002，多个所述第二液压支柱1002的顶部固设有同一个第二顶板1003，所述第二顶板1003的顶部安装有第二角度调整圆盘1004(第二角度调整圆盘1004与第一角度调整圆盘304结构相同)，所述第二角度调整圆盘1004的顶部固设有第二安装框1005，所述第二安装框1005的顶部固设有固定环1006，所述固定环1006可拆卸套设在所述导气套筒602上，且所述固定环1006上开设有多个与所述第一螺纹孔609相对应的第二螺纹孔1007。所述脉冲支架10的结构与扭杆支架3的结构相类似，在使用时，将导气套筒602套在固定环1006中，第一螺纹孔609与第二螺纹孔1007相对应，使用螺栓和螺母进行固定即可。

所述脉冲传力组件7包括卡销环锁701和脉冲传力齿轮702，所述卡销环锁701包括六个卡销7011，相邻两个所述卡销7011之间通过两个连杆7012首尾相连，两个所述连杆7012之间通过松紧螺母7013连接，最终形成一个环状结构，所述入射杆1靠近所述高压气体脉冲组件6的一端外表面上开设有与所述卡销环锁701和脉冲传力齿轮702内环相匹配的凹槽101，所述脉冲传力齿轮702位于所述凹槽101的最后端，所述卡销环锁701位于所述凹槽101的中间，所述凹槽101的前端还可卡设有与所述激光对中装置发射端607相匹配的激光对中装置接收端703，通过激光对中装置发射端607与激光对中装置接收端703的相互配合，可实现脉冲传力组件7和高压气体脉冲组件6的精确对中。

进一步的，所述高压气体存储组件8包括存储罐801，所述存储罐801内设有高压气体预存室802和高压气体充气室803，所述高压气体预存室802与所述高压气体充气室803之间设有二级泵804，所述高压气体预存室802上还连接有进气泵805，所述高压气体充气室803上连接有高压输气管806，所述高压输气管806远离所述高压气体充气室803的一端与所述预存气室601连接。进气泵805将外界空气泵入高压气体预存室802中，形成第一级高压气体，二级泵804将高压气体预存室802中的第一级高压气体泵入高压气体充气室803中，形成规定压力的二级高压气体，高压气体充气室803中的二级高压气体利用阀门控制可通过高压输气管806进入预存气室601中。

本发明中的气动式霍普金森扭杆装置的操作方法，包括以下步骤，

S1：对所有的扭杆支架3进行自动对中整平；

具体的，通过扭杆支架3上安装的激光仪12，调整第一安装框305的角度，同时，通过第一液压支柱302调整第一安装框305的高度，激光对中并自动整平支撑扭杆的6个扭杆支架3，确保其轴心完全共线。

S2：使用试样固定组件5对试样4进行固定；

具体的，将试样4的一端和入射杆1的一端卡入注胶套筒501的规定位置，将试样4的另一端和透射杆2的一端卡入另一个注胶套筒501的规定位置。

用磁吸式的杆端注胶模具502和试样端注胶模具503卡入规定位置包裹住注胶套筒501与杆端或者试样4端之间存在的空隙，具体配合方式如附图8所示，杆端注胶模具502和试样端注胶模具503的最外层套壳内壁均与注胶套筒501外壁紧密贴合。

通过杆端注胶模具502和试样端注胶模具503上的注胶孔进行注胶，待粘结胶充分固化后拆除两个杆端注胶模具502和试样端注胶模具503。

S3：在入射杆1靠近高压气体脉冲组件6的一端连接脉冲传力组件7；

具体的，将脉冲传力齿轮702卡入入射杆1表面凹槽101的最后端，将卡销环锁701嵌入凹槽101中间3个凹槽口组合形成的“工”字形凹槽中，并通过旋转松紧螺栓7013将卡销环锁701固定于凹槽101中；将激光对中装置接收端703卡入凹槽101最外侧的凹槽内。

S4：对高压气体脉冲组件6进行对中整平；

具体的，通过激光对中装置发射端607与激光对中装置接收端703相互配合，系统自动识别读取高压气体脉冲组件6和脉冲传力组件7之间的角度偏差，并生成数字化信息反馈给四个第二液压支柱1002和第二角度调整圆盘1004，进行位置和角度的精确自动化调整。

S5：将高压气体脉冲组件6与高压气体存储组件8连接；

具体的，将高压输气管806远离所述高压气体充气室803的一端与所述预存气室601连接。

S6：将高压气体存储组件8中存储的气体泵入高压气体脉冲组件6中，对脉冲传力组件7施加瞬时扭矩，通过入射杆1将扭矩传导至试样4，从而完成瞬时扭矩的施加工作；

进气泵805将外界空气泵入高压气体预存室802中，形成第一级高压气体，二级泵804将高压气体预存室802中的第一级高压气体泵入高压气体充气室803中，形成规定压力的二级高压气体；高压气体充气室803中的二级高压气体利用阀门控制通过高压输气管806充入预存气室601中，充气时高速启闭阀门605处于闭合状态；充气完成后打开高速启闭阀门605，对脉冲传力齿轮施加瞬时扭矩，通过入射杆1将扭矩传导至试样4，从而完成瞬时扭矩的施加工作。

S7：卸波套筒9吸收投射的扭转波，防止扭转波回弹影响实验结果。

具体的，卸波套筒9对传递到透射杆末端的残余扭矩波进行吸收耗散，防止这部分扭矩波回弹至试样影响实验结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.气动式霍普金森扭杆装置，包括入射杆（1）和透射杆（2）；其特征在于：所述入射杆（1）和透射杆（2）的底部设有多个扭杆支架（3），且所述入射杆（1）和所述透射杆（2）之间设有用于固定试样（4）的试样固定组件（5）；所述入射杆（1）远离所述透射杆（2）的一端设有高压气体脉冲组件（6），所述高压气体脉冲组件（6）与所述入射杆（1）之间设有用于传递扭矩的脉冲传力组件（7），且所述高压气体脉冲组件（6）上连接有高压气体存储组件（8）；所述透射杆（2）远离所述入射杆（1）的一端设有卸波套筒（9）；

所述高压气体脉冲组件（6）包括预存气室（601）和导气套筒（602），所述导气套筒（602）远离所述预存气室（601）的一端为开口结构；所述导气套筒（602）内开设有导气通道（603），所述预存气室（601）与所述导气通道（603）之间设有导气孔（604），所述导气孔（604）处设有高速启闭阀门（605），所述导气套筒（602）远离所述预存气室（601）的一端均匀环向分布有多个导气出口（606），多个所述导气出口（606）均与所述导气通道（603）连通；所述导气套筒（602）的内侧壁中心位置处设有激光对中装置发射端（607），所述导气套筒（602）外套设有第一法兰盘（608），所述第一法兰盘（608）上开设有多个第一螺纹孔（609）；

所述脉冲传力组件（7）包括卡销环锁（701）和脉冲传力齿轮（702），所述卡销环锁（701）包括多个卡销（7011），相邻两个所述卡销（7011）之间通过两个连杆（7012）首尾相连，两个所述连杆（7012）之间通过松紧螺母（7013）连接，最终形成一个环状结构；所述入射杆（1）靠近所述高压气体脉冲组件（6）的一端外表面上开设有与所述卡销环锁（701）和脉冲传力齿轮（702）内环相匹配的凹槽（101），所述脉冲传力齿轮（702）位于所述凹槽（101）的最后端，所述卡销环锁（701）位于所述凹槽（101）的中间，所述凹槽（101）的前端还可拆卸设有与所述激光对中装置发射端（607）相匹配的激光对中装置接收端（703）；环形分布的多个导气出口（606）的直线脉冲冲击到脉冲传力组件（7）的受击齿轮面上，通过脉冲传力组件（7）将脉冲力转化为扭矩。

2.根据权利要求1所述的气动式霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述扭杆支架（3）包括第一底板（301），所述第一底板（301）上对称安装有多个第一液压支柱（302），多个所述第一液压支柱（302）的顶部固设有同一个第一顶板（303），所述第一顶板（303）的顶部安装有第一角度调整圆盘（304），所述第一角度调整圆盘（304）的顶部固设有第一安装框（305），所述第一安装框（305）的顶部对称设有两个弧形安装柱（306），两个所述弧形安装柱（306）之间安装有多个滚轮轴（307），每个所述滚轮轴（307）上均安装有多个扭杆支架滚轮（308）。

3.根据权利要求1所述的气动式霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述试样固定组件（5）包括两个注胶套筒（501），两个所述注胶套筒（501）通过杆端注胶模具（502）分别与所述入射杆（1）和所述透射杆（2）对应连接，所述试样（4）位于两个所述注胶套筒（501）之间，且两个所述注胶套筒（501）外还套设有试样端注胶模具（503）。

4.根据权利要求3所述的气动式霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述注胶套筒（501）靠近所述入射杆（1）或者透射杆（2）的一端开设有一圈第一安装槽（5011），所述第一安装槽（5011）内设有一圈第一凸台（5012），所述第一安装槽（5011）的宽度大于所述入射杆（1）或者透射杆（2）的壁厚；

所述注胶套筒（501）远离所述入射杆（1）或者透射杆（2）的一端开设有一圈第二安装槽（5013），所述第二安装槽（5013）内设有一圈第二凸台（5014），所述第二安装槽（5013）的宽度大于所述试样（4）的厚度。

5.根据权利要求4所述的气动式霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述杆端注胶模具（502）包括杆端上注胶模具（5021）和杆端下注胶模具（5022），所述杆端上注胶模具（5021）和杆端下注胶模具（5022）的一端通过杆端注胶模具卡销（5023）活动连接，所述杆端上注胶模具（5021）和杆端下注胶模具（5022）的另一端可拆卸连接，所述杆端上注胶模具（5021）的侧面开设有第一注胶孔（5024），所述第一注胶孔（5024）与所述第一安装槽（5011）连通；

所述试样端注胶模具（503）包括试样上注胶模具（5031）和试样下注胶模具（5032），所述试样上注胶模具（5031）和试样下注胶模具（5032）的一端通过试样端注胶模具卡销（5033）活动连接，所述试样上注胶模具（5031）和试样下注胶模具（5032）的另一端可拆卸连接，所述试样上注胶模具（5031）的顶部开设有垂直向下方向的第二注胶孔（5034），所述第二注胶孔（5034）的底部连通设有第三注胶孔（5035），所述第三注胶孔（5035）贯穿所述试样上注胶模具（5031）的左右两侧，且所述第三注胶孔（5035）的左右两端与两个第二安装槽（5013）对应连通。

6.根据权利要求1所述的气动式霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述高压气体脉冲组件（6）的下方还设有脉冲支架（10），所述脉冲支架（10）包括第二底板（1001），所述第二底板（1001）上对称安装有多个第二液压支柱（1002），多个所述第二液压支柱（1002）的顶部固设有同一个第二顶板（1003），所述第二顶板（1003）的顶部安装有第二角度调整圆盘（1004），所述第二角度调整圆盘（1004）的顶部固设有第二安装框（1005），所述第二安装框（1005）的顶部固设有固定环（1006），所述固定环（1006）可拆卸套设在所述导气套筒（602）上，且所述固定环（1006）上开设有多个与所述第一螺纹孔（609）相对应的第二螺纹孔（1007）。

7.根据权利要求1所述的气动式霍普金森扭杆装置，其特征在于：所述高压气体存储组件（8）包括存储罐（801），所述存储罐（801）内设有高压气体预存室（802）和高压气体充气室（803），所述高压气体预存室（802）与所述高压气体充气室（803）之间设有二级泵（804），所述高压气体预存室（802）上还连接有进气泵（805），所述高压气体充气室（803）上连接有高压输气管（806），所述高压输气管（806）远离所述高压气体充气室（803）的一端与所述预存气室（601）连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的气动式霍普金森扭杆装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：对所有的扭杆支架（3）进行对中整平；

S2：使用试样固定组件（5）对试样（4）进行固定；

S3：在入射杆（1）靠近高压气体脉冲组件（6）的一端连接脉冲传力组件（7）；

S4：对高压气体脉冲组件（6）进行对中整平；

S5：将高压气体脉冲组件（6）与高压气体存储组件（8）连接；

S6：将高压气体存储组件（8）中存储的气体泵入高压气体脉冲组件（6）中，对脉冲传力组件（7）施加瞬时扭矩，通过入射杆（1）将扭矩传导至试样（4），从而完成瞬时扭矩的施加工作；

S7：卸波套筒（9）吸收投射的扭转波，放置扭转波回弹影响实验结果。

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