一种双杆制分离式霍普金森压杆实验装置的制作方法

本发明涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种双杆制分离式霍普金森压杆实验装置。

背景技术：

目前，在材料科学领域中测量材料在高应变率下的力学性能时使用最广泛的就是分离式霍普金森压杆技术。分离式霍普金森压杆技术的基本理论是一维应力波理论。要保证一维假设成立，杆材中的几何弥散效应需可以忽略且试件中的应力(应变)需处于均匀状态。在实验中，为了尽快使试件中的应力达到平衡，减小试件尺寸是必要的。但随着工程材料的发展，如泡沫材料、岩石、混凝土等一些比较特殊的材料，由于其内部组分复杂、均匀性较差，为了保证实验结果的有效性，其试件尺寸较均质材料的试件尺寸大，仅对常规霍普金森压杆的杆径增大已不能满足实验要求。主要是因为，常规霍普金森压杆的入射杆及透射杆均为单根圆杆制，随着杆径的增大，杆中几何弥散效应凸显，应变率降低，影响了实验结果的有效性。因此，对于非均质离散型的材料，需发展相应的霍普金森压杆技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种对均质材料和非均质材料均可适用的双杆制分离式霍普金森压杆实验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双杆制分离式霍普金森压杆实验装置，其包括压缩空气发射系统、撞击子弹、入射杆、透射杆、吸收杆、缓冲器、支撑平台，所述的压缩空气发射系统、入射杆、透射杆、吸收杆、缓冲器依次排列在所述的支撑平台上，所述的撞击子弹位于压缩空气发射系统中，所述的入射杆和透射杆之间可固定试件，所述的入射杆和透射杆均具有两套制式杆，一套为集束式方杆制，包括，相匹配的集束式入射杆和集束式透射杆，另一套为单根圆杆制，包括，相匹配的圆杆式入射杆和圆杆式透射杆。

优选地，所述的入射杆与相应的透射杆具有相同的截面形状及相等的横截面积，所述的集束式入射杆和所述的圆杆式入射杆长度相等并具有等效的横截面积；所述的集束式透射杆和圆杆式透射杆长度相等并具有等效的横截面积。

优选地，所述的集束式入射杆、集束式透射杆均包括多根等截面的方杆、多个卡箍和多个集束杆卡箍过渡件，多根方杆通过所述的第一卡箍集束固定形成正方形截面的集束杆，所述的卡箍和集束杆卡箍过渡件均由上下个等分卡块组成，上下2个卡块之间通过螺栓箍抱在集束杆上。

优选地，所述的集束式入射杆的入射端被加工成螺纹结构，并连接具有盲孔内螺纹的圆形撞击帽，所述的圆形撞击帽的外圆周能完全覆盖集束式入射杆的正方形截面。

优选地，所述的多根方杆的外表面间断性喷涂有聚脲束裹涂层。

优选地，所述的集束杆卡箍过渡件的截面为具有方形孔的圆形，所述的方形孔与集束杆的截面相匹配，所述的圆杆式入射杆和圆杆式透射杆上还安装有圆杆卡箍过渡件，所述的圆杆卡箍过渡件横截面为具有圆形孔的圆形，所述的圆形孔与圆杆式入射杆和圆杆式透射杆的截面相匹配。

优选地，所述的支撑平台包括可调节支腿、基座、线性导轨以及多组杆件对中支架，所述的杆件对中支架可通过滑块在线性导轨上滑动。

优选地，所述的集束式入射杆和集束式透射杆能够穿过所述的杆件对中支架，并通过所述的集束杆卡箍过渡件与杆件对中支架连接。

优选地，所述的圆杆式入射杆和圆杆式透射杆能够穿过所述的杆件对中支架，并通过所述的圆杆卡箍过渡件与杆件对中支架连接。

优选地，所述的卡块为聚碳酸酯材料制成。

本发明提出的一种双杆制分离式霍普金森杆实验装置，具有以下发明点：

1.在同一分离式霍普金森杆设备上通过更换杆件，可实现束杆和圆杆两种制式，以满足不同实验需求。

2.杆件更换方便快捷，只需将不同制式的杆件及相应连接件互换即可，其他装置和部件无需改变。

3.分别采用集束式和圆杆式进行实验，不仅可对同类试件的实验结果进行相互验证，而且有利于提升同类材料动态性能的分析精度。

附图说明

图1是本发明的双杆制分离式霍普金森压杆实验装置结构示意图。

图2是本发明的集束式入射杆结构示意图。

图3-1和图3-2是本发明的两种卡箍过渡件的示意图。

图中：1、压缩空气发射系统；2、撞击子弹，3、入射杆，3-1、集束式入射杆，3-2、圆杆式入射杆，4、透射杆，4-1、集束式透射杆，4-2、圆杆式透射杆，5、吸收杆，6、缓冲器，7、支撑平台，8、可调节支腿，9、装配式钢结构基座，10、备用杆固定架，11、高精度线性导轨，12、杆件对中支架,13、方杆，14、卡箍，15、卡箍过渡件,15-1、集束杆卡箍过渡件,15-2、圆杆卡箍过渡件，16、圆形撞击帽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种双杆制分离式霍普金森压杆实验装置主要由压缩空气发射系统1、撞击子弹2、入射杆3、透射杆4、吸收杆5、缓冲器6、模块化标准化支撑平台7构成。所述的压缩空气发射系统1、入射杆3、透射杆4、吸收杆5、缓冲器6依次顺序排列置放在模块化标准化支撑平台7上方。所述的撞击子弹2位于压缩空气发射系统3中。试件可固定在入射杆3和透射杆4之间。

如图1所示，所述的模块化标准化支撑平台7由可调节支腿8、装配式钢结构基座9、备用杆固定架10、高精度线性导轨11以及杆件对中支架12构成。所述的杆件对中支架12可作较大范围对中调整，并可通过滑块在线性导轨11上方滑动。

所述的入射杆3和透射杆4均具有两套制式杆，一套为集束式方杆制形式，见图1中集束式入射杆3-1、集束式透4射杆4-1,另一套为单根圆杆制形式，见图1中圆杆式入射杆3-2、圆杆式透射杆4-2。入射杆3与相应的透射杆4具有相同的截面形状及相等的横截面积。集束式入射杆3-1和圆杆式入射杆3-2长度相等并具有等效的横截面积，在结构上二者可相互更换；所述的集束式透射杆4-1和圆杆式透射杆4-2长度相等并具有等效的横截面积,在结构上二者可相互更换。

如图1及图2所示，所述的集束式入射杆3-1、集束式透射杆4-1均由多根等截面的高平直度方杆13、多个卡箍14和多个卡箍过渡件15组成。集束式入射杆3-1、集束式透射杆4-1的横截面为正方形，为由多根方杆13通过卡箍14集束固定而成。卡箍过渡件15可箍抱在集束式入射杆3-1和集束式透射杆4-1外围。此外，集束式入射杆3入射端通过螺纹连接圆形撞击帽16。圆形撞击帽16可完全覆盖集束式入射杆3的横截面，在子弹2撞击时，可保证集束式入射杆3-1的受力均匀。

所述的多根方杆13的外表面间断性喷涂聚脲束裏涂层来进一步保证集束杆3-1和4-1形式的稳定性。

如图3所示，卡箍过渡件15具有两种型式，一种为集束杆卡箍过渡件15-1,横截面为外圆内方形，适配集束杆；一种为圆杆卡箍过渡件15-2,横截面为外圆内圆形，适配圆杆。卡箍过渡件15的外表面均适配杆件对中支架12。

所述的卡箍14和卡箍过渡件15均由上下2个等分卡块组成，上下2个卡块之间通过螺栓箍抱在杆件上。卡块材料均为聚碳酸酯，此种材料的波阻抗较金属压杆的材料差一个数量级以上,对金属压杆中应力波传播的影响甚微。

综上所述，仅需对集束式入射杆3-1(含集束杆卡箍过渡件15-1)、集束式透射杆3-2(含集束杆卡箍过渡件15-1)和相应的圆杆式入射杆3-2(含圆杆卡箍过渡件15-2)、圆杆式透射杆4-2(圆杆卡箍过渡件15-2)进行更换，即可在同一平台上实现两种杆制的分离式霍普金森杆。

本发明可以根据需求选用不同形式的杆件进行实验(集束式或圆杆式)，也可以针对同材料试件分别釆用集束式和圆杆式杆件进行比较实验。该装置设计理念新颖，结构紧凑合理、对中精度高，杆件更换方便快捷，实验精度和标准化程度高，外形简洁流畅，对推动分离式霍普金森压杆实验的技术进步具有重要意义。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。