CN212008177U - 一种霍普金森压杆实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种霍普金森压杆实验装置，属于冲击动态力学性能实验领域。包括气压动力系统、设置在气压动力系统前端的安装架、设置在安装架上的动态冲击杆件系统、设置在动态冲击杆件系统上的数据采集系统、设置在动态冲击杆件系统边侧的安全防护系统以及残存气压排出系统，本实用新型在实验过程中不采用变截面入射杆，与现有的入射杆制作成变截面杆的方式，减少了弥散效应，避免其影响入射波的形状以及实验精度，并通过安全防护系统进行实验防护措施，人员安全性较高，同时通过残存气压排出系统，解决残存气压，减少了实验次数，提高了实验效率。

Description

一种霍普金森压杆实验装置

技术领域

本实用新型涉及冲击动态力学性能实验领域，具体涉及一种冲击动态力学性能的实验。

背景技术

霍普金森压杆是一种测试高应变率下材料性能的重要装置，通过测定材料的应力应变特性来验证材料的冲击动态力学性能，能够在金属、冻土、混凝土等材料的实验中发挥重要作用。首先，现有技术中撞击弹体的直径难以改变，但是不同测试材料的离散性不同，需要制作成不同直径的圆柱块体。而采用将入射杆制作成变截面杆的方式，容易造成弥散效应，既影响入射波的形状，需要在数据处理时整波，也影响了实验的精度。再者，因为撞击弹体钢管膛的直径相对较小，在两次实验间隔中间存在残存气压，如果不予处理，在填装撞击弹体时，会有撞击弹体滑动的现象。现有的方法是通过一个很长的钢杆在撞击弹体钢管膛中进行搅动，或者在填装撞击弹体时用一个很长的钢杆将撞击弹体压实。然而这种方法无法完全去除残存气压，特别是气压室中的残存气压，导致两次实验压力表中读数一致，但是撞击弹体的初速度存在一定的差异，进而导致为了取得相同的初速度，往往增加实验的次数。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种霍普金森压杆实验装置，具体技术方案如下：

一种霍普金森压杆实验装置，包括气压动力系统、设置在气压动力系统前端的安装架、设置在安装架上的动态冲击杆件系统、设置在动态冲击杆件系统上的数据采集系统、设置在动态冲击杆件系统边侧的安全防护系统以及残存气压排出系统；

气压动力系统包括控制仓、设置在控制仓内的气压室，设置在控制仓上的撞击膛以及设置在撞击膛内的撞击弹体，撞击膛的一端与气压室连通，撞击膛的另一端穿过控制仓并设有杆件变截面组；

动态冲击杆件系统包括设置在安装架上的滑槽、设置在滑槽内并逐渐靠近杆件变截面组的出射杆、透射杆以及入射杆，数据采集系统包括设置在透射杆与入射杆之间的试样，分别设置在透射杆和入射杆上的应变片以及与应变片连接的数据处理系统。

本实用新型中实验人员将入射杆，透射杆以及出射杆依次放置在滑槽上，并将试样在入射杆，透射杆之间夹紧。然后实验人员向气压室内充填气压，使得压力气体推动撞击弹体撞击入射杆，进而撞击试样和透射杆，并通过应变片进行数据采样。接着通过残存气压排出系统将撞击膛和气压室中的气体排出干净。最后将数据处理系统采样取得的数据进行整理和制图，以得到相应的实验结果。

作为优选，杆件变截面组包括设置在撞击膛前端的变截面螺帽、设置在变截面螺帽与撞击膛之间的多层环状密封垫以及设置在环状密封垫之间的双面胶。

本实用新型中实验人员在进行实验之前将合适直径的变截面螺帽与撞击弹体连接，并将撞击弹体放在撞击膛中，在变截面螺帽与撞击膛之间的环状橡胶密封垫上粘贴上粘性较小的双面胶，使得两者轻微接触并密实，由此避免了采用变截面入射杆，减少了弥散效应，提高了实验精度。

作为优选，变截面螺帽前端设有弧形面。

本实用新型通过在变截面螺帽前端设置弧形面进而形成变截面，与现有的入射杆制作成变截面杆的方式，减少了弥散效应，避免其影响入射波的形状，需要在数据处理时整波，也避免其影响实验精度。

作为优选，气压室内设有出射控制阀，出射控制阀包括设置在气压室内的控制垫以及设置在控制垫上的连杆，连杆的另一端穿过气压室以及控制仓并设有控制柄。

本实用新型中气压室内充填气压后，实验人员通过拉动出射控制阀使得气压室与撞击膛连通，进而使气压室内的压力气体推动撞击弹体撞击入射杆，便于实验人员进行对实验状态进行控制，提高了本实用新型的便捷性以及实用性。

作为优选，连杆外侧并位于控制柄与控制仓之间套设有复位弹簧。

本实用新型通过套设在连杆外侧并位于控制柄与控制仓之间的复位弹簧，使实验人员按下控制柄开始实验，实验结束后松开控制柄，复位弹簧根据自身的弹力在控制柄复位到初始位置，便于实验人员进行下一次实验，提高了本实用新型的便捷性。

作为优选，安全防护系统包括设置在安装架两侧的防护屏、设置在安装架上并位于滑槽上方的防护罩以及设置在安装架前端的吸能装置。

本实用新型通过设置在安装架两侧的防护屏和设置在安装架上并位于滑槽上方的防护罩将出射杆、透射杆以及入射杆与实验人员以及实验器材隔离，同时通过设置在安装架前端的吸能装置对出射杆实验过程中的残余能量进行吸收，避免其在实验过程中对实验人员造成伤害，提高了本实用新型的安全性。

作为优选，残存气压排出系统包括设置在气压室底端内的排气孔、设置在气压上底端并与排气孔连通的排气管以及设置在控制仓外侧并与排气管连通的排风机。

本实用新型中实验结束后，实验人员打开排气风机并通过排气管对撞击膛和气压室内高压氮气进行排放，并将撞击膛和气压室内的高压气体从排气管排出，避免撞击膛和气压室在两次实验间隔中间存在残存气压，进而在填装撞击弹体时出现撞击弹体滑动现象。

作为优选，控制仓内并位于排气管上设有负压表。

本实用新型通过设置在控制仓内并位于排气管上的负压表对控制仓以及气压室内的气压进行检测，以便于实验人员掌握控制仓和气压室内的气压数值，并进行下一次实验。

作为优选，气压室内并位于排气孔上方设有排气控制阀。

作为优选，滑槽内设有弧形垫块，弧形垫块内设有黄油层。

本实用新型通过设置在滑槽内的弧形垫块提高了入射杆，透射杆以及出射杆在撞击实验过程中的稳定性，避免其在实验过程中出现较大幅度的位移，同时通过设置在弧形垫块内的黄油层减少了入射杆，透射杆以及出射杆与弧形垫块之间的摩擦力，降低了对实验结果的影响，进一步提高了实验进度。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过入射杆，透射杆以及出射杆依次放置在滑槽上，并将试样在入射杆，透射杆之间夹紧。然后实验人员向气压室内充填气压，使得压力气体推动撞击弹体撞击入射杆，进而撞击试样和透射杆，并通过应变片进行数据采样。接着通过残存气压排出系统将撞击膛和气压室中的气体排出干净。最后将数据处理系统采样取得的数据进行整理和制图，以得到相应的实验结果，本实用新型在实验过程中不采用变截面入射杆，与现有的入射杆制作成变截面杆的方式，减少了弥散效应，避免其影响入射波的形状以及实验精度，并通过安全防护系统进行实验防护措施，人员安全性较高，同时通过残存气压排出系统，解决残存气压，减少了实验次数，提高了实验效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中气压动力系统的结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为图2中B处的局部放大图；

图5为本实用新型中气压室进行充气的结构示意图；

图6为本实用新型中残存气压排出系统的结构示意图；

图7为本实用新型中使用防护屏的结构示意图；

图8为本实用新型中使用防护罩的结构示意图；

图9为本实用新型中数据采集系统的结构示意图；

图10为本实用新型中吸能装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不倡要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通'、”相连”、“连接“应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1到图10，本实用新型包括用于提供实验动力的气压动力系统1、设置在气压动力系统1前端并用于安装实验主体的安装架2、设置在安装架 2上并用于杆件冲击的动态冲击杆件系统3、设置在动态冲击杆件系统3并用于采集动态冲击杆件系统3实验数据的数据采集系统4、设置在动态冲击杆件系统3边侧并用于安进行实验安全防护的安全防护系统5以及用于消除实验过程中的残存气压的残存气压排出系统6。

进一步参见图1到图2，气压动力系统1包括控制仓11以及设置在控制仓11内并用于储存高压氮气以提供试验撞击动力的气压室12，控制仓11 采用钢板制成，气压室12由20mm的钢板焊接制成。气压室12底端内设有用于固定气压室12的稳定钢支架。气压室12前端设有与其连通的撞击膛13，撞击膛13的一端与气压室12连通，撞击膛13的另一端穿过控制仓11并设有杆件变截面组14，撞击膛13内设有与撞击膛13滑动连接的撞击弹体15。实验人员在实验前通过氮气罐以及设置在氮气罐输出端的特氟龙橡软管向气压室12内充入高压氮气，并通过设置在特氟龙橡软管上的压力表进行气压监测，以保证气压仓内的压力能够满足实验需求。

进一步参见图3到图4，气压室12内设有出射控制阀7，出射控制阀7 包括设置在气压室12内的控制垫71以及设置在控制垫71上的连杆72，连杆72的另一端穿过气压室12以及控制仓11并设有控制柄73，实用新型中气压室12内充填气压后，实验人员通过拉动出射控制阀7使得气压室12与撞击膛13连通，进而使气压室12内的压力气体推动撞击弹体15撞击入射杆34，便于实验人员进行对实验状态进行控制，提高了本实用新型的便捷性以及实用性。连杆72外侧并位于控制柄73与控制仓11之间套设有复位弹簧74，实用新型通过套设在连杆72外侧并位于控制柄73与控制仓11之间的复位弹簧74，使实验人员按下控制柄73开始实验，实验结束后松开控制柄73，复位弹簧74根据自身的弹力在控制柄73复位到初始位置，便于实验人员进行下一次实验，提高了本实用新型的便捷性。

杆件变截面组14包括设置在撞击膛13前端的变截面螺帽141、设置在变截面螺帽141与撞击膛13之间的多层环状密封垫142以及设置在环状密封垫142之间的双面胶143，变截面螺帽141与撞击弹体15螺纹连接并且其前端设有弧形面1411。实用新型中实验人员在进行实验之前将合适直径的变截面螺帽141与撞击弹体15连接，并将撞击弹体15放在撞击膛13中，在变截面螺帽141与撞击膛13之间的环状橡胶密封垫上粘贴上粘性较小的双面胶143，使得两者轻微接触并密实，由此避免了采用变截面入射杆34，减少了弥散效应，提高了实验精度与现有的入射杆34制作成变截面杆的方式，避免弥散效应影响入射波的形状，需要在数据处理时整波，也避免其影响实验精度。

进一步参见图1、图7和图8，安装架2包括承托钢架台以及设置在承托钢架台底端的多根钢架支撑柱，本实用新型通过采用钢架结构的承托钢架台和钢架支撑柱进行实验支撑，提高了实验器材的支撑稳定性以及安全性。动态冲击杆件系统3包括设置在安装架2并用于防止冲击杆的滑槽31、设置在滑槽31内并逐渐靠近杆件变截面组14的出射杆32、透射杆33以及入射杆34。滑槽31内设有弧形垫块10，弧形垫块10内设有黄油层101，实用新型通过设置在滑槽31内的弧形垫块10提高了入射杆34，透射杆33以及出射杆32在撞击实验过程中的稳定性，避免其在实验过程中出现较大幅度的位移，同时通过设置在弧形垫块10内的黄油层101减少了入射杆34，透射杆33以及出射杆32与弧形垫块10之间的摩擦力，降低了对实验结果的影响，进一步提高了实验进度。

进一步参见图1和图9，数据采集系统4包括设置在透射杆33与入射杆 34之间的试样41，分别设置在透射杆33和入射杆34上的应变片42以及与应变片42连接的数据处理系统43，实验人员将入射杆34，透射杆33以及出射杆32依次放置在滑槽31上，并将试样41在入射杆34，透射杆33之间夹紧。然后实验人员向气压室12内充填气压，使得压力气体推动撞击弹体 15撞击入射杆34，进而撞击试样41和透射杆33，并通过应变片42进行数据采样。接着通过残存气压排出系统6将撞击膛13和气压室12中的气体排出干净。最后将数据处理系统43采样取得的数据进行整理和制图，以得到相应的实验结果。

进一步参见图7、图8和图10，安全防护系统5包括设置在安装架2两侧的防护屏51、设置在安装架2上并位于滑槽31上方的防护罩52以及设置在安装架2前端的吸能装置53，防护屏51采用钢化玻璃制成，在防护的同时便于实验人员观察实验过程。防护罩52采用铝合金制成，截面形状呈半圆形，并且防护罩52上设有便于实验人员搬动的提手。吸能装置53为设置在安装架2前端的吸能板或设置在安装架2前端的稳定装置，稳定装置包括设置在安装架2前端的稳定筒体211以及设置在稳定筒体211靠近安装架2 一端内的夹紧槽212，夹紧槽的212两端设有与夹紧槽212铰接的夹紧端213。本实用新型通过设置在安装架2两侧的防护屏51或设置在安装架2上并位于滑槽31上方的防护罩52将出射杆32、透射杆33以及入射杆34与实验人员以及实验器材隔离，同时通过设置在安装架2前端的吸能装置53对出射杆32实验过程中的残余能量进行吸收，避免其在实验过程中对实验人员造成伤害，提高了本实用新型的安全性。

进一步参见图5到图6，残存气压排出系统6包括设置在气压室12底端内的排气孔61、设置在气压上底端并与排气孔61连通的排气管62以及设置在控制仓11外侧并与排气管62连通的排风机63。控制仓11内并位于排气管62上设有负压表8，本实用新型通过设置在控制仓11内并位于排气管62 上的负压表8对控制仓11以及气压室12内的气压进行检测，以便于实验人员掌握控制仓11和气压室12内的气压数值，并进行下一次实验。气压室12 内并位于排气孔61上方设有排气控制阀9，排气控制阀9与出射控制阀7 的结构类似，实验结束后，实验人员打开排气风机并通过排气管62对撞击膛13和气压室12抽出高压氮气，将撞击膛13和气压室12内的高压气体从排气管62排出，避免撞击膛13和气压室12在两次实验间隔中间存在残存气压，进而在填装撞击弹体15时出现撞击弹体15滑动现象。

实验人员在实验之前检查各控制阀是否在复位弹簧74的控制下位于安全位置，检查各种防护装置的有效性，然后将合适直径的变截面螺帽141与撞击弹体15连接，并将撞击弹体15放在撞击膛13中。在变截面螺帽141 与撞击膛13之间的环状密封垫142上粘贴上粘性较小的双面胶143，使得两者轻微接触并密实。再者将弧形垫块10放置在滑槽31上，入射杆34，透射杆33，出射杆32均放置在弧形垫块10上，将试样41放置在入射杆34和透射杆33之间夹紧。充填气压，拉动出射控制阀7使得压力气体推动撞击弹体15撞击入射杆34，进而撞击试样41和透射杆33，并通过应变片42进行数据采样。接着，打开排气风机，将撞击膛13，气压室12中的气体排出干净。最后，将采样取得的数据进行整理和制图，以得到相应的实验结果。

本实用新型在实验过程中不采用变截面入射杆34，与现有的入射杆34 制作成变截面杆的方式，减少了弥散效应，避免其影响入射波的形状以及实验精度，并通过安全防护系统5进行实验防护措施，人员安全性较高，同时通过残存气压排出系统6，解决残存气压，减少了实验次数，提高了实验效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种霍普金森压杆实验装置，其特征在于，包括气压动力系统(1)、设置在气压动力系统(1)前端的安装架(2)、设置在安装架(2)上的动态冲击杆件系统(3)、设置在动态冲击杆件系统(3)上的数据采集系统(4)、设置在动态冲击杆件系统(3)边侧的安全防护系统(5)以及残存气压排出系统(6)；

所述气压动力系统(1)包括控制仓(11)、设置在控制仓(11)内的气压室(12)，设置在控制仓(11)上的撞击膛(13)以及设置在撞击膛(13)内的撞击弹体(15)，所述撞击膛(13)的一端与气压室(12)连通，所述撞击膛(13)的另一端穿过控制仓(11)并设有杆件变截面组(14)；

所述动态冲击杆件系统(3)包括设置在安装架(2)上的滑槽(31)、设置在滑槽(31)内并逐渐靠近杆件变截面组(14)的出射杆(32)、透射杆(33)以及入射杆(34)，所述数据采集系统(4)包括设置在透射杆(33)与入射杆(34)之间的试样(41)，分别设置在透射杆(33)和入射杆(34)上的应变片(42)以及与应变片(42)连接的数据处理系统(43)。

2.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述杆件变截面组(14)包括设置在撞击膛(13)前端的变截面螺帽(141)、设置在变截面螺帽(141)与撞击膛(13)之间的多层环状密封垫(142)以及设置在环状密封垫(142)之间的双面胶(143)。

3.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述变截面螺帽(141)前端设有弧形面(1411)。

4.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述气压室(12)内设有出射控制阀(7)，所述出射控制阀(7)包括设置在气压室(12)内的控制垫(71)以及设置在控制垫(71)上的连杆(72)，所述连杆(72)的另一端穿过气压室(12)以及控制仓(11)并设有控制柄(73)。

5.根据权利要求4所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述连杆(72)外侧并位于控制柄(73)与控制仓(11)之间套设有复位弹簧(74)。

6.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述安全防护系统(5)包括设置在安装架(2)两侧的防护屏(51)、设置在安装架(2)上并位于滑槽(31)上方的防护罩(52)以及设置在安装架(2)前端的吸能装置(53)。

7.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述残存气压排出系统(6)包括设置在气压室(12)底端内的排气孔(61)、设置在气压底端并与排气孔(61)连通的排气管(62)以及设置在控制仓(11)外侧并与排气管(62)连通的排风机(63)，所述排风机(63)的输出端设有排气管(62)。

8.根据权利要求7所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述控制仓(11)内并位于排气管(62)上设有负压表(8)。

9.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述气压室(12)内并位于排气孔(61)上方设有排气控制阀(9)。

10.根据权利要求1所述的霍普金森压杆实验装置，其特征在于，所述滑槽(31)内设有弧形垫块(10)，所述弧形垫块(10)内设有黄油层(101)。

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