用于分离式霍普金森压杆试验装置的低温环境箱的制作方法

本实用新型属于测试低温状态下材料动态力学性能的一种试验装置技术领域，具体涉及分离式霍普金森压杆试验装置（Split Hopkinson Pressure Bar，简称SHPB）。

背景技术：

分离式霍普金森压杆源于1914年英国学者B. Hopkinson设计的一种压杆，1949年前后经Davis和Kolsky等人的重新构思，以及后来许多研究工作者的不断改进。如今，分离式霍普金森压杆同高速摄像，光力学散斑技术以及有限元动态数值模拟结合在一起，已经成为力学家和材料科学家研发新材料的不可或缺的有力工具。分离式霍普金森压杆是利用高速撞击产生的应力波来研究材料动态力学性能，可以测得大多数工程材料在应变率高达10²～10⁴s^-1下的应力–应变关系，目前已成为测试材料高应变率下力学性能的一种基本试验装置，也是现今世界上公认最成熟的、应用得也最广泛的现代实验技术。基于这些原因，SHPB试验装置相关配套设备还在不断发展与完善。

低温技术不仅与人们的高质量生活息息相关，同时与许多尖端科学研究（如超导电技术、航天航空技术、高能物理、受控热核聚变、精密电磁计量、生物学和生命科学等）密不可分；当前工程材料的工作环境往往涉及到低温和高应变率等同时出现的极端情况，例如航空航天材料、高能物理材料、寒区地区岩土爆破开挖等。随着我国西部大开发战略实施，许多大型岩土工程相继在寒区展开，如新疆、内蒙等地大型煤田建设工程，西气东输工程，中俄、中哈石油管线建设工程，众多公路以及隧道工程等，必将涉及低温岩土的爆破开挖。因此，低温状态下材料的动态力学性能已成为人们非常关心的一个问题。目前，人们利用SHPB试验装置开展了常温或高温材料动态力学试验研究，而利用SHPB试验装置开展实时低温环境下的材料试验研究存在一定的困难。

技术实现要素：

为了保证冷冻后的低温试件在转移安装过程中温度损失补偿和试验环境温度，使试件内外温度场均匀分布；同时，实现防止低温试件冲击过程中碎块飞出，保证试验的安全性，本实用新型提供一种用于分离式霍普金森压杆试验装置的低温环境箱。

用于分离式霍普金森压杆试验装置的低温环境箱包括箱体3，箱体3的一侧面通过铰链连接设有向下开启的箱门11，箱体3和箱门11之间设有密封结构件，箱体3和箱门11对应开启处设有搭扣锁机构；箱体3的顶部、底部和三个侧面均为夹壁，夹壁内设有保温材料；箱门11的夹壁内设有保温材料；

所述箱体3的顶部中央设有贯通箱壁的液氮输入管1，液氮输入管1伸入箱体内，箱体3的顶部外侧设有水准盒8；箱体3左右对称的两侧面中部分别开设有贯通箱壁的杆孔，且两侧杆孔同轴；右侧的杆孔下部的箱体3上设有温度传感器14；

所述箱门11的中部设有观察窗10；

使用时，先将所述低温环境箱安装在分离式霍普金森压杆试验装置的横梁21上，再将分离式霍普金森压杆试验装置的入射杆24的试件夹持端和透射杆25的试件夹持端，分别经箱体3左右两侧的杆孔伸入箱体内，然后进行对中、调平、固定；最后将试件13夹持在入射杆24的夹持端和透射杆25的夹持端之间；通过液氮输入管1输入低温液氮进行降温，使箱体内形成密闭的常温～－100℃的低温环境工作室，接着进行试验相关准备和冲击试验。

进一步限定的技术方案如下：

所述保温材料为超细玻璃纤维保温棉。

所述观察窗10为双层耐低温透明材料窗，所述双层耐低温透明材料之间为真空状态。

所述耐低温透明材料为透明玻璃钢。

所述密封结构件为密封圈6。

与杆孔的外端对应的箱体3外侧面上通过螺栓固定设有圆环状的挡板4，挡板4的孔径与所述入射杆24和透射杆25动配合。

所述温度传感器14的检测端位于被测试件13的正下方。

所述箱体3的底部一侧边缘设有贯通箱壁的出风管15，出风管15的上端口位于箱体3内的底面，出风管15的下端口伸至箱体3外部；出风管15的管径小于液氮输入管1的管径。

所述箱体3内的底面为斜面，且向出风管15的管口处倾斜，所述斜面的排水坡度为3-5度。

箱体3底部设有两对向下的箱体固定螺栓18，一对箱体固定螺栓18对称位于入射杆24的两侧，另一对箱体固定螺栓18对称位于透射杆25的两侧；每对箱体固定螺栓18分别通过箱体固定螺帽17固定连接着位于箱体3外部的基座横板16；每块基座横板16底部对称设有两块基座竖板20，分别卡在分离式霍普金森压杆试验装置的横梁导轨22两侧，并用基座固定螺栓19进行固定；箱体3和基座横板16之间设有垫片23，实现箱体3安装于分离式霍普金森压杆试验装置的横梁21上时的高度、对中及水平度的调整。

本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：

1. 本实用新型低温环境箱能够与SHPB试验装置配合使用，提供冷冻后低温试件在转移安装过程中的温度损失补偿和提供相应的低温试验环境温度，使试样内外温度场均匀分布。低温环境箱的工作室设计工作温度范围为常温～－100℃，当低温环境箱内温度降至－100℃时，箱体外壳无出汗现象。

2. 本实用新型能够有效防止SHPB试验冲击时试样碎片的飞出，保证试验相关设备和试验人员的安全，有效防止安全事故的发生。

3. 本实用新型还能作为临时冷冻或低温储存设备使用，实现对试件进行常温～－100℃的冷冻或低温储存。

4. 本实用新型采用低温液氮进行制冷，可大幅降低设备的制造和运行成本，经济效益明显。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图。

图2为本实用新型的侧剖面及其与SHPB试验装置的装配示意图。

图3为本实用新型的正剖面及其与SHPB试验装置的装配示意图。

上图中序号：液氮输入管1、固定螺帽2、箱体3、挡板4、挡板固定螺栓5、密封圈6、搭扣锁7、水准盒8、拉手9、观察窗10、箱门11、铰链12、试件13、温度传感器14、出风管15、基座横板16、箱体固定螺帽17、箱体固定螺栓18、基座固定螺栓19、基座竖板20、横梁21、横梁导轨22、垫片23、入射杆24、透射杆25、温度传感器固定螺栓26。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

参见图1，用于分离式霍普金森压杆试验装置的低温环境箱包括箱体3，箱体3的一侧面通过铰链连接安装有向下开启的箱门11，箱体3和箱门11之间安装有密封圈6，箱体3和箱门11对应开启处安装有搭扣锁机构。参见图2，箱体3的顶部、底部和三个侧面均为夹壁，夹壁内设有保温材料，箱门11的夹壁内设有保温材料，保温材料为超细玻璃纤维保温棉。

参见图1和图2，箱体3的顶部中央设有贯通箱体内的液氮输入管1，液氮输入管伸入箱体内，箱体3的顶部外侧安装有水准盒8；箱体3左右对称的两侧面中部分别开设有贯通箱壁的杆孔，且两侧杆孔同轴；与杆孔的外端对应的箱体3外侧面上通过螺栓固定安装有圆环状的挡板4，挡板4的孔径与所述入射杆24和透射杆25动配合。杆孔下部的箱体3上安装有温度传感器14，温度传感器14的检测端位于被测试件13的正下方。参见图2，箱体3的底部一侧边缘安装有贯通箱体的出风管15，出风管15的上端口位于箱体3内的底面，出风管15的下端口伸至箱体3外部；出风管15的管径小于液氮输入管1的管径。箱体3内的底面为斜面，且向出风管15的管口处倾斜，斜面的排水坡度为3-5度。

参见图1，箱门11的中部安装有观察窗10，观察窗10为双层耐低温的透明玻璃钢材料窗，双层耐低温透明材料之间为真空状态。

使用时，先将所述低温环境箱安装在分离式霍普金森压杆试验装置的横梁21上，再将分离式霍普金森压杆试验装置的入射杆24的夹持端和透射杆25的夹持端，分别经箱体3左右两侧的杆孔伸入箱体内；接着进行同轴对中、调平、固定。

参见图2和图3，试验时，将试件13夹持在入射杆24的夹持端和透射杆25的夹持端之间。液氮输入管1通过管路连通着低温液氮瓶，液氮输入管1的下端对应位于被测试件13的上方；关闭箱体3和箱门11，扣上搭扣锁7。开启液氮输送，使箱体内形成密闭的常温～－100℃的低温环境工作室，待试件13达到预设试验温度，进行冲击试验。