颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置的制作方法

本发明属于材料动力学试验技术领域，特别是一种试件长度可调、试验效率高的颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置。

背景技术：

目前，燃气爆炸、恐怖袭击等偶然性爆炸灾害频繁发生，爆炸所产生的应力波常常造成工程结构的损伤破坏，乃至坍塌。颗粒物质(如沙子、土壤等)造价低、易获得，并且具有其多孔隙、易压缩的特点，使得应力波在其中传播的过程中会出现明显的衰减，这就使得颗粒物质常常作为建筑工程的防护层，来消减可能受到的应力波冲击。然而，目前用于描述颗粒物质中应力波传播的理论模型多基于连续介质力学，而实际上颗粒物质本身是非连续的，这就造成了理论描述现象的不准确，需要试验数据为理论提供支撑。

霍普金森压杆(splithopkinsonpressurebar，shpb)装置是目前测量材料各种动态力学性能的主要装置，一般用于获得材料在高应变率下的各种动态力学参数。如中国发明专利“高温条件下shpb自动对杆冲击加载实验装置”(申请号：201310684780.1，公开日：2014.3.26，授权公告日：2015.12.30)。另外，该装置也可用于测量应力波传播在材料(如岩石)中传播的衰减效应，通过将试验材料夹置于入射杆透射杆间，测试对比入射波透射波来解析应力波在试件中的衰减，试验方法本身将试验材料的适用范围局限于连续的固体材料，而对于颗粒物质，其本身具有松散性、非连续性，简单的放置不能够保证试件的形状，也无法将其固定于两杆之间，更无法保证试件与两杆端面的充分接触，使得试验无法进行。因此，现有的实验装置不能够测试颗粒物质受轴向一维应力波作用时，应力波沿试件轴向的衰减特性。

总之，现有技术存在的问题是：缺乏测试颗粒物质轴向应力波衰减特性的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置，试件长度可调、试验效率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置，包括沿子弹出射方向依次同轴设置的入射杆、透射杆和吸收杆，还包括套筒，所述套筒内装颗粒物质，所述套筒一端松配合套装在入射杆上，另一端松配合套装在透射杆上。

作为改进，在所述套筒内颗粒物质两端各设有一个垫块，所述垫块与套筒松配合地将颗粒物质封装在套筒内，其中一个垫块与入射杆抵紧，另一个垫块与透射杆抵紧。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、适用颗粒物质：适用于各种材料受侧向限制时的应力波衰减试验，尤其对于颗粒物质最为适用；

2、试件长度可调：试件的长度可通过改变垫块在套筒中的位置调节，无需更换新的套筒；

3、试验效率高：试验所需试件材料少，节省成本、空间，可大大节省试验时间，提高试验效率；

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明颗粒物质应力波衰减效应试验装置的主视图。

图2为图1中套筒的轴向剖视图。

图3为图1中垫块的径向剖视图。

图中，1子弹，2入射杆，3透射杆，4吸收杆，5套筒，51颗粒物质，52、53垫块，61第一应变片，62第二应变片，71第一惠通斯电桥，72第二惠通斯电桥，8放大器，9示波器。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置，包括沿子弹1出射方向依次同轴设置的入射杆2、透射杆3和吸收杆4，还包括套筒5，所述套筒5内装颗粒物质51，所述套筒5一端松配合套装在入射杆2上，另一端松配合套装在透射杆3上。

作为改进，在所述套筒5内颗粒物质51两端各设有一个，所述垫块52、53与套筒5松配合地将颗粒物质51封装在套筒5内，其中一个垫块52与入射杆2抵紧，另一个垫块53与透射杆3抵紧。

作为进一步改进，在所述套筒5上沿轴线设有多对套筒螺孔54，每对套筒螺孔54关于轴线对称，在所述各垫块52、53上设有与套筒螺孔54直径相同的垫块螺孔55、56。

所述垫块螺孔55、56直径、螺距与套筒螺孔54的直径、螺距相同。

所述入射杆2上贴有第一应变片61，其输出端通过第一惠通斯电桥71与放大器8电连接；所述透射杆3上贴有第二应变片62，其输出端通过第二惠通斯电桥72与放大器8电连接；所述放大器8与示波器9电连接。

所述套筒5为圆筒状，采用钢质材料，其目的是保证试件在试验过程中的一维应变状态。

垫块52、53与套筒5松配合地将颗粒物质51封装在套筒5内，套筒5内直径稍大于垫块52、53，允许垫块52、53、杆件在其中自由的转动、滑动。所述套筒上选取几个截面，每个截面上设有一组螺孔，一组两个，对称于轴向，同样，垫块上设有一组螺孔。螺孔与所述套筒的螺孔具有相同的直径、螺距，通过上紧螺栓，调节垫块在套筒中的位置，从而改变试件的长度。

所述子弹1、入射杆2、透射杆3、吸收杆4和垫块52、53采用相同材料，同直径，同轴。

入射杆2远离套筒5一端正对与之同轴的子弹1，子弹1设于子弹发射机构内。

透射杆3远离套筒5一端与同轴的吸收杆4接触，吸收杆4远离透射杆3一端与动能吸收装置相连。

实验操作步骤为：

1、校准杆件，保证入射杆2、透射杆3、吸收杆4同轴、不偏心；

2、将一个垫块52放入套筒5到预定位置，并向螺孔中旋入螺栓，将其锁定；

3、称取预定重量的试验材料，而后将其倒入以固定了垫块52的套筒5内；

4、试件完全倒入后，将其上端抹平，而后将第二块垫块53放入到预定位置，通过螺栓锁紧，此时，试件被套筒5和两个垫块52、53锁定；

5、将被套筒5和两个垫块52、53锁定了的试件放到预定试验位置，并将入射杆2与透射杆3分别推入套筒，使入射杆2、透射杆3与垫块52、53贴合紧密，而后推动吸收杆4，使他与透射杆3贴紧；

6、卸下固定垫块52、53与套筒5的两对螺栓；

7、开启发射器，子弹1发射，高速撞击实验开始；

8、贴在入射杆2、透射杆3上应变片61、62采集的数据通过惠通斯电桥71、72、放大器8后，显示于示波器9上，将示波器9上的数据保存，而后进行分析处理。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置，包括沿子弹(1)出射方向依次同轴设置的入射杆(2)、透射杆(3)和吸收杆(4)，还包括套筒(5)，所述套筒(5)内装颗粒物质(51)，所述套筒(5)一端松配合套装在入射杆(2)上，另一端松配合套装在透射杆(3)上。本发明的颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置，试件长度可调、试验效率高。

技术研发人员：陈力;于潇;姜锡权;颜海春;方秦;张锦华;周永康;柳锦春;张亚栋
受保护的技术使用者：中国人民解放军理工大学
技术研发日：2017.02.14
技术公布日：2017.07.04