一种霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法，具体涉及拉杆冲击载荷下霍普金森拉杆与试件的夹持方式，属于冲击动力学实验领域。
【背景技术】
[0002]在金属材料的动态拉伸实验中，拉伸试样和加载杆的连接基本采用螺纹连接。复合材料作为一种拉伸/剪切强度比值很高的各向异性非均质材料，不可能通过直接螺纹连接的方式实现，并且必须考虑端面效应产生的应力集中问题，即实验杆与试件接触面的影响。所以动态拉伸实验中，实验杆与试件的连接必须考虑以下问题。①加载杆与试样间的应力集中必须减到最小；②在加载杆和试样间尽量避免波阻抗的失配，以减少应力波的反射导致的有效脉冲载荷的削弱，从而有利于波形分析；③拉伸载荷最好由加载杆只通过一个剪切加载区就传到试样上，尽量避免多重途径传递载荷，导致拉伸失败，或者产生太多的干扰杂波影响波形采集和分析；④传递剪切载荷的面积应足够大，否则很可能发生剪切破坏。
[0003]先前实验杆与试件的连接主要通过高剪切强度特种胶粘剂连接来加大粘结面积，但是需对粘接面进行预处理，保证粘结层均匀无气泡，并采取措施防止槽口压缩开张，增加粘结胶层固化预压力。另外由于承载方式是胶层粘接抗剪，所以载荷传递受实验用胶强度、粘接槽面与复合材料的界面粘接强度影响较大。因此，粘接用胶的选择，粘接面的前期处理就显得比较重要。该种传递载荷的方式，要求把拉伸脉冲载荷通过试样两端的粘接面受力均匀地传递给试验加载杆，如果受力分布不均就极易发生试样整体抽出或局部拔出。对于单向增强纤维复合材料，特别是高强单向纤维增强复合材料，较难做到试样两端整个粘接面上传递载荷分布均匀，所以该类材料动态拉伸实验相对困难。并且对于高强聚乙烯这样的界面浸渍性较差的复合材料，仅通过该粘接试验技术，不通过其他高压夹持方式，动态拉伸实验还很难成功。
[0004]并且传统胶粘还存在一下局限性:1)连接头通用性不强，材料力学性能不同的材料需综合考虑重新设计连接头，2)重复较麻烦，需清除连接头上的胶和试件残片，3)安装、拆卸不方便，特种胶固化需要时间。
【发明内容】
[0005]为了克服动态拉伸实验过程中实验杆与试件的连接过程的复杂性以及传统实验设备的不足，本发明旨在提供一种动态拉伸实验过程中实验杆与试件的夹持装置，使得加载杆上的拉伸载荷通过一个大的剪切加载区就能够传递至试件上，并且很好的防止试件加载段的剪切破坏。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种霍普金森拉杆试件的夹持装置，包括转接头，转接头左端设有圆孔，圆孔内壁设有螺纹，转接头左端通过螺纹与入射杆或透射杆连接；转接头右端外侧设有锥螺纹，转接头右端与相应的圆锥螺母连接；转接头右端设有方形槽，方形槽的中心线与转接头的中心线重合，霍普金森拉杆试件插入该方形槽内，槽的上、下两表面设有锯齿，所述方形槽的左端垂直连接第二段槽，在第二段槽的上端向左垂直连接第三段槽。
[0007]上述装置中，所述锥螺纹的规格为3/4’’，锥度为1: 16，螺纹的有效长度为17mm。
[0008]上述装置中，所述锯齿的齿形角为60度，尺高为0.5 mm。
[0009]上述装置中，所述方形槽为夹持试件的槽，方形槽的宽度根据试件厚度设定为2mm，槽在直径方向上完全贯穿准接头，槽长根据试件长度设定为35 mm ;第二段槽和第三段槽的宽度均为1 mm，第二段槽与第三段槽的长度分别为11 mm, 29 mm。设置第二段槽和第三段槽的目的是:用来降低整体刚度来产生有效的变形达到足够加持力。
[0010]上述装置中，所述转接头的螺纹间隙用生料带填充。
[0011]本发明提供的霍普金森拉杆试件的夹持装置，在使用时:两个相同的转接头配套成对使用，转接头左端(A端)与入射杆或透射杆通过螺纹连接，螺纹间隙用生料带填充，从而减弱对实验杆螺纹的破坏。转接头右端(B端)开方形槽与试件连接。与试件配合的槽平面加工成微小的锯齿状以增大夹持时的摩擦力，连接头左端外缘加工有锥螺纹与相应的圆锥螺母配合，第二段槽和第三段槽允许螺母旋入时左端微变形，从而提供所需的夹持力。
[0012]实验方法为:
(1)分别调节转接头左端的入射杆或透射杆的水平度与同轴度，霍普金森拉杆试件插入转接头右端的方形槽内，检查实验杆中间应变片(实验杆中间)是否粘好，接地线是否接紧；
(2)将转接头通过生料带与实验杆紧密拧紧；
(3)再次检查入射杆与透射杆的水平度与同轴度，避免由于生料带造成的误差；
(4)将试件插入转接头的方形槽中；
(5)将锥螺母添加生料带与转接头右端拧紧；
(6)将子弹捅入炮管内，打开超动态应变仪，高速数据采集器与计算机Datalab数据采集软件，单击软件Datalab软件单词采集工具按钮；
(7)打开阀门进行试验，并将原始数据存盘；
(8)拧开锥螺母，取出试件；
(9)重复上述步骤，可研究加载率对复合材料不同拉伸速率下的影响。
[0013]本发明的有益效果是，可以在保证实验过程准确性的同时，减少传统粘结试件的实验时间；连接头无需拆卸，可重复使用，连接头通用性强，可标准化设计连接头；而且试件安装方便，节省试验操作时间，同时保证实验过程准确性。从而实现了复合纤维的拉伸实验的简易操作。
【附图说明】
[0014]图1为霍普金森拉杆的结构示意图。
[0015]图2为转接头的结构示意图。
[0016]图中1为缓冲吸收器，2为单次波传递杆，3为加载杆头，4为撞击杆，5为应变片，6为入射杆，7为夹持装置，8为试件，9为透射杆，10为转接头，11为圆孔，12为锥螺纹，13为方形槽，14为第二段槽，15为第三段槽。
【具体实施方式】
[0017]下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0018]实施例:
分离式Hopkinson拉杆系统主要包含三部分:支架部分、拉杆主体部分和与数据采集部分。其中支架部分的主要是用来支撑固定拉杆部分并且保证拉杆的水平。
[0019]图1为霍普金森拉杆的使用状态示意图。霍普金森拉杆主体部分包括缓冲吸收器1、单次波传递杆2、加载杆头3、撞击管(俗称子弹)4、入射杆6、透射杆9以及相应的气压装置组成。而数据采集系统则是由粘贴在杆子上的应变片5，惠斯通桥路(应变片接线桥盒)，超动态应变仪以及高速采集系统组成。
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