CN1971244A - 缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，输入杆(3)穿过输入杆套筒(9)；输入杆套筒(9)后部密封套合在输入杆(3)上，前部套合在输入杆(3)上的子弹(2)上；输入杆套筒(9)中部的内腔通过气管(21)与子弹发射气缸(1)相连，实现了缸、杆分离。该装置结构简单，调试、使用方便，制造和维护成本低，稳定、可靠。

Description

缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置

技术领域

本发明涉及材料性能测试领域，尤其涉及材料动态力学性能测试领域。

背景技术

材料动态力学性能，包括压缩和拉伸两种力学性能。测试材料动态压缩力学性能通常使用霍普金森(Hopkison)压杆实验装置。其结构和原理见图1。被测试件4固定于输入杆3和输出杆5之间。由气动子弹发射缸1发射瞬时高压气体推动子弹2打击输入杆3，在输入杆3内产生入射压缩应力波并由应变片7记录应变ε_i。应力波压缩被测试件4后产生反射应力波和透射应力波，分别由输入杆应变片7和输出杆应变片8记录为ε_r和ε_t。根据ε_r和ε_t可获得试件4上的应力—应变关系：

$\mathrm{\σ}=E_0\frac{A_0}{A_s}{\mathrm{\ϵ}}_t---\left(1\right)$

$\mathrm{\ϵ}=-\frac{2c_0}{l_s}{\∫}_0^t{\mathrm{\ϵ}}_r\mathrm{dt}=-\frac{2c_0}{l_s}{\∫}_0^t({\mathrm{\ϵ}}_i-{\mathrm{\ϵ}}_t)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

其中，σ为被测试件4上的应力，ε为被测试件4上的压缩应变，E₀为输出杆5的弹性模量，A₀为输出杆5的横截面积，A_s为试件4的横截面积，c₀为输入杆3的声速，l_s为试件4的长度。被测试件4上的应力—应变关系即代表材料动态压缩力学性能。

测试材料的动态拉伸性能要比测试动态压缩力学性能更困难。现有的动态拉伸实验装置分为机械驱动和高压气体驱动。高压气体驱动是在上述气动Hopkinson压杆实验装置上改进而成的，分为气动反射拉伸装置和气动直接拉仲装置。

气动反射拉伸装置由于试件在拉伸前先经过一次压缩波的压缩(虽然有肩套支承作用)，试件螺纹压缩—拉伸对测试波形影响较大，很难获得较好的测试结果。

现有的气动直接拉伸实验装置如图2所示。该装置为缸、杆一体型装置，即输入杆必须穿过气动子弹发射缸1′，输入杆3与气动子弹发射缸1′为一体结构。输入杆3一端安装有砧子20，另一端通过被测试件4与输出杆相连。其工作原理是：气动子弹发射缸1′发射瞬时高压气体推动空心圆柱状的子弹2，撞击输入杆3头部的砧子20，在输入杆3中形成直接入射拉伸波ε_i，ε_i被输入杆应变片7记录。拉伸波将被测试件4拉伸后分别在输出杆5和输入杆3内形成透射波ε_t和反射波ε_r并分别由输出杆应变片8和输入杆应变片7记录下来，用上述公式(1)(2)可计算得到被测试件4的拉伸应力—应变曲线即其动态拉伸性能。缸、杆一体型气动直接拉伸装置可以得到较好的应力—应变曲线。

但是，由于现有的气动直接拉伸实验装置的输入杆3嵌套在气动子弹发射缸1′中成为一体化的结构。而气动子弹发射缸1′为高压气缸，穿入输入杆3后，气缸内的气动与控制结构的空间狭小、布局困难，结构变得十分复杂，制造和调试困难。并且穿入输入杆后，高压气缸的密封也十分困难、结构复杂，使整套装置的制造和维护成本高，可靠性低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，该装置结构简单、调试、使用方便，制造和维护成本低，稳定、可靠。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，包括输出杆、输入杆，输入杆的前端固定有砧子，输入杆前部套有子弹，输入杆和输出杆上分别安装有输入杆应变片和输出杆应变片，其结构特点是：输入杆穿过输入杆套筒；输入杆套筒后部密封套合在输入杆上，前部套合在输入杆上的子弹上；输入杆套筒中部的内腔通过气管与子弹发射气缸相连。

本发明的工作原理是：将被测试件螺纹连接在输入杆和输出杆之间，子弹发射缸产生高压气体送入输入杆套筒的内腔中，推动套合在输入杆前部的子弹向前发射，撞击输入杆前端的砧子，在输入杆中形成直接入射拉伸波ε_i，ε_i被输入杆应变片记录。拉伸波将被测试件拉伸后分别在输出杆和输入杆内形成透射波ε_t和反射波ε_r并分别由输出杆应变片和输入杆应变片记录下来，通过计算得到拉伸应力—应变曲线。

与现有技术相比，本发明的技术方案的有益效果是：本发明的测试装置，将输入杆穿入输入杆套筒而不是气动发射缸中，输入杆套筒内腔通过管道与分离的子弹发射气缸相连。新增的输入杆套筒结构简单，仅在测试瞬间为高压，加压过程不在其中完成，对其密封要求不高，加工与维护方便，成本低廉。而子弹发射气缸中没有穿入输入杆，其密封容量，气动控制部件布局方便、结构简单，制造调试容易，可直接采用现有的压缩性能测试装置中的子弹发射缸。因此，本发明加工制作容易，使用维护方便，成本低廉，稳定性高、可靠性好。

上述的输入杆和输出杆为空心杆。输入、输出杆由实心杆改为空心杆增强了输入、输出杆上的应变信号，提高了测试精度。

上述的输入杆套筒后部内壁通过密封圈与输入杆实现密封套合。这种方式既能使二者之间密封良好，同时输入杆与套筒之间又能在受到应力时产生位移，将应力较好地传递给被测试件。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是Hopkison压杆实验装置的原理示意图。

图2是现有气动直接拉伸实验装置的原理示意图。

图3是本发明实施例装置的原理示意图。

图4是本发明实施例装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例

图3、4示出，本发明的一种具体实施方式为：一种缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，包括输出杆5、输入杆3，输入杆3的前端固定有砧子20，输入杆3前部套有子弹2，输入杆3和输出杆5上分别安装有输入杆应变片7和输出杆应变片8，输入杆3穿过输入杆套筒9；输入杆套筒9后部密封套合在输入杆3上，前部套合在输入杆3上的子弹2上；输入杆套筒9中部的内腔通过气管21与子弹发射气缸1相连。

输入杆3和输出杆5为空心杆。输入杆套筒9后部内壁通过密封圈12与输入杆3实现密封套合。使用时，被测试件4螺纹连接在输入杆3和输出杆5之间。

图4还示出，本发明的输入杆套筒的具体结构可以采用以下方式：输入杆套筒9包括后部的座体9a和前部9b，筒体9b后部嵌入座体9a中，且筒体9b后端部与座体9a之间设有密封圈10。前盖板14以螺纹方式套合固定在筒体9b的中后部上，前盖板14通过螺栓与座体9a相连。座体9a后部内壁的密封圈1 2的后端，由后盖板11抵住，后盖板11通过螺栓固定在套筒本体9a上。这种分离式的输入杆套筒9结构，加工制作更容易。当然，本发明的输入杆套筒9也可以是整体式结构。

Claims (3)

1、一种缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，包括输出杆(5)、输入杆(3)，输入杆(3)的前端固定有砧子(20)，输入杆(3)前部套有子弹(2)，输入杆(3)和输出杆(5)上分别安装有输入杆应变片(7)和输出杆应变片(8)，其特征在于：所述的输入杆(3)穿过输入杆套筒(9)；输入杆套筒(9)后部密封套合在输入杆(3)上，前部套合在输入杆(3)上的子弹(2)上；输入杆套筒(9)中部的内腔通过气管(2 1)与子弹发射气缸(1)相连。

2、如权利要求1所述的缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，其特征在于：所述的输入杆(3)和输出杆(5)为空心杆。

3、如权利要求1所述的缸、杆分离式气动直接动态拉伸实验装置，其特征在于：所述的输入杆套筒(9)后部内壁通过密封圈(12)与输入杆(3)实现密封套合。