一种吸能缓冲装置的制作方法

本发明涉及冲击力学实验领域，具体是一种用于霍普金森压杆实验的吸能装置。

背景技术：

分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar，SHPB)被广泛应用于硬脆性材料的动态力学特性研究，其主体结构包括发射装置、子弹、入射杆、透射杆、吸能装置以及应变、弹速测试仪器等。现有的霍普金森压杆吸能装置，大多是通过空气阻尼器和缓冲垫块来缓冲透射杆的撞击并吸收冲击动能，例如中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所申请的大直径分离式霍普金森压杆专利(No.200620031882.9)和哈尔滨工程大学申请的霍普金森压杆可调空气阻尼器专利(No.201310150651.4)。但现有相关技术普遍存在两点不足：1)每一次霍普金森压杆实验结束后，在开始下一次实验前都需要手动令吸能杆复位，这会造成一定的工作效率下降；2)在设计吸能装置的时候没有对所能吸收的最大冲击动能进行必要的量化，这会使实验者无法合理地预估上限，从而增加实验的危险系数。

技术实现要素：

为了克服现有霍普金森压杆吸能装置中存在的每次试验后吸能杆需手动复位，以及不能对装置的最大可吸收动能进行量化问题，本发明提出了一种吸能缓冲装置。

本发明包括弹性缓冲垫块、吸能杆、缓冲缸、柔性垫圈、滑轨和复位弹簧。所述缓冲缸被安放在支座上；吸能杆一端的吸能杆底座位于所述缓冲缸的缸体内，并使该吸能杆底座圆周表面的滑轨分别嵌装在缓冲缸内表面的滑槽中；该吸能杆的另一端穿过所述缓冲缸一端端面的通孔，并使承压头位于该缓冲缸的缸体外。在所述吸能杆底座与缓冲缸内端面之间有柔性垫圈。5～13根复位弹簧位于所述缓冲缸的缸体内，并使各复位弹簧的一端固定在所述吸能杆的吸能杆底座的外端面上，使各复位弹簧的另一端固定在所述缓冲缸另一端的内壁上。

所述各复位弹簧中，一根复位弹簧的轴线与所述缓冲缸的直线重合，其余的复位弹簧均布在位于缓冲缸中心的复位弹簧的四周。

所述缓冲缸为封闭的筒形件，在该缓冲缸一端的端盖上开有与吸能杆间隙配合的通孔。在该缓冲缸的内圆周表面均布有8～16个滑槽，并使各滑槽的位置与所述吸能 杆底座的圆周上滑轨的位置对应。

所述吸能杆的一端为承压头，另一端为吸能杆底座；在所述承压头的端面轴向有圆形的凹槽，用于嵌装弹性缓冲垫块；该吸能杆另一端的吸能杆底座的圆周上均布有8～16个平行于所述吸能杆中心线的条状滑轨。所述滑轨凸出吸能杆底座的圆周表面；该滑轨的横截面为圆弧状。

所述各复位弹簧中，一根复位弹簧的轴线与所述缓冲缸的直线重合，其余各复位弹簧均布在位于缓冲缸中心的复位弹簧的四周。

本发明最大可吸收动能的量化方法，是通过理论计算并结合计算机仿真模拟实现的，需列入考虑的物理量包括：1)吸能杆的整体质量M和整体速度V；2)复位弹簧的弹性系数K、数量N、长度L以及最大可压缩比例P₁；3)环状弹性缓冲垫圈的弹性模量E、宽度H以及最大可压缩比例P₂。所取得的技术效果是，在不超过弹簧量程(即压缩距离不超过L×P₁)同时不损伤缓冲垫圈(即压缩距离不超过H×P₂)的情况下，量化本发明所能吸收的最大动能，从而为霍普金森压杆实验的具体实施提供参考。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1中弹性缓冲垫块、承压头和缓冲缸配合部分的左视图；

图3是图1中的A-A向视图；

图4是吸能杆的结构示意图，其中4a是主视图，4b是左视图；

图5是缓冲缸的结构示意图，其中5a是主视图，5b是5a中的B-B向视图。

图中：

1.弹性缓冲垫块；2.承压头；3.吸能杆；4.缓冲缸；5.柔性垫圈；6.吸能杆底座；7.滑轨；8.复位弹簧；9.支座；10.滑槽；11.排气孔。

具体实施方式

本实施例的目的在于提供一种可自动复位的霍普金森压杆吸能缓冲装置，以解决现有技术中的霍普金森压杆装置需手动对吸能杆进行复位的问题，并且对最大可吸收动能进行量化，从而提高实验效率，并为实验设计提供参考。

所述霍普金森压杆吸能装置包括弹性缓冲垫块1、承压头2、吸能杆3、缓冲缸4、环状的柔性垫圈5、吸能杆底座6、滑轨7、复位弹簧8和支座9。

所述缓冲缸4被安放在支座9上；所述吸能杆3的一端为承压头2，另一端为吸 能杆底座6，其中，该吸能杆一端的吸能杆底座位于所述缓冲缸的缸体内，并使该吸能杆底座圆周表面的滑轨分别嵌装在缓冲缸4内表面的滑槽10中；该吸能杆3的另一端穿过所述缓冲缸一端端面的通孔，使该吸能杆的承压头2位于该缓冲缸的缸体外。在所述吸能杆底座6与缓冲缸内端面之间有柔性垫圈5。5～13根复位弹簧8位于所述缓冲缸的缸体内，并使各复位弹簧的一端固定在所述吸能杆的吸能杆底座的外端面上，使各复位弹簧的另一端固定在所述缓冲缸另一端的内壁上。所述各复位弹簧中，一根复位弹簧的轴线与所述缓冲缸的直线重合，其余的复位弹簧均布在位于缓冲缸中心的复位弹簧的四周。本实施例中，复位弹簧8的数量为5根。

所述缓冲缸为封闭的筒形件，在该缓冲缸一端的端盖上开有与吸能杆3间隙配合的通孔。在该缓冲缸的内圆周表面均布有8～16个滑槽10，并使各滑槽的位置与所述吸能杆底座的圆周上滑轨7的位置对应。在该缓冲缸圆周表面有若干排气孔11。

所述吸能杆3为回转体。该吸能杆一端端面轴向有圆形的凹槽，用于嵌装弹性缓冲垫块1。该吸能杆另一端的吸能杆底座的圆周上均布有8～16个平行于所述吸能杆中心线的条状滑轨7。所述滑轨凸出吸能杆底座的圆周表面；该滑轨7的横截面为圆弧状，当滑轨7与缓冲缸的内圆周表面的滑槽10配合后，该滑轨7与滑槽10的底表面之间点接触，有效的减小了二者之间的摩擦。8～16条滑槽呈环形均布在所述缓冲缸的内圆周表面。本实施例中，所述滑槽的数量为8条。

柔性垫圈5为环状，套装在所述吸能杆的连杆上，并位于缓冲缸的缸体内、处于该缓冲缸有通孔一端缸体内壁与吸能杆底座6的内端面之间。弹性缓冲垫块1嵌装在所述承压头2的端面。

在霍普金森压杆实验中，当透射杆撞击吸能杆的承压头2时，承压头内嵌的弹性缓冲垫块1对冲击动能进行了第一次缓冲，随后转化为吸能杆整体的动能K_a；所述的动能K_a即后续需量化的指标。缓冲缸4内的吸能杆底座6通过滑轨7和滑槽10向该缓冲缸的封闭端滑动，同时使处于自由状态的复位弹簧8产生压缩。滑轨7与滑槽10的作用是减少吸能杆底座在移动过程中的摩阻力，使得复位弹簧8成为吸收动能的主体，从而增加量化最大可吸收动能的可信度。当冲击动能完全转化为复位弹簧8的弹性势能后，复位弹簧8开始向另一端反弹，并通过位于缓冲缸4与吸能杆底座6之间的柔性垫圈5吸收能量，起到保护作用，以防止复位弹簧8的反弹过猛。这是因为在惯性作用下，复位弹簧8在反弹到自由状态后仍然会向柔性垫圈5一端再移动一段距 离，此时吸能杆底座6压缩环状柔性垫圈5，将这部分残余动能转化为垫圈的弹性势能，在较短时间内复位弹簧8重新稳定于初始位置，即恢复自由状态，从而为下一次实验做好准备。

试验证明，本实施例能够通过多次试打建立子弹弹速或发射气压与吸能杆整体速度之间的关系，从而通过最大可吸收动能来约束最大子弹弹速或发射气压，以起到保护实验装置，降低危险系数的作用。