专利名称：高温高应变率拉伸同步实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实验装置，特别是涉及一种高温高应变率拉伸同步实验装置。
背景技术：
参照图1、图 2,文献“S. Nemat-Nasser, J. B.1saacs, and J. E. Starrett,Hopkinson Techniques for DynamicRecovery Experiments, Proc.R. Soc. (London)A[J], 435(1991)371-391” 和“S. Nemat-Nasser, Recovery Hopkinson Bar Techniques,Mechanical Test and Evaluation, Vol. 8ASM Handbook, American Society for Metals,2000，P. 1068-1073”公开了一种对材料实现高应变率拉伸性能测试的拉伸实验装置。该装置包括能量吸收器1、能量传递杆2、加载法兰3、撞击管4、发射阀5、冲击气室6、入射杆7、拉伸试样8和透射杆9。其中能量吸收器1、能量传递杆2、冲击气室6、入射杆7和透射杆9均放置在平台上。发射阀5与冲击气室6通过气管连接；能量传递杆2、入射杆7、透射杆9均为圆柱形杆；撞击管4为管状短杆，套在入射杆7上，并沿入射杆7可以自由滑动，整个入射杆7贯穿冲击气室6 ;入射杆7与撞击管4碰撞部位设计为加载法兰3 ;能量传递杆2与加载法兰3均在轴心部位存在小孔，在小孔中放置一长约3cm笔直细铁棒，使二者同轴；能量传递杆2、加载法兰3、撞击管4、入射杆7和透射杆9是由相同材料加工而成(如都是ISNi或者都是Ti)。拉伸试样8两端带有螺纹，并与入射杆7和透射杆9通过螺纹连接。撞击管4套在入射杆7上,并沿入射杆7可以自由滑动,整个入射杆7贯穿冲击气室6。进行拉伸实验时，先将拉伸试样8与入射杆7和透射杆9通过螺纹连接，再将撞击管4推入冲击气室6。通过对冲击气室6加到预定压力，这时打开发射阀5，撞击管4会被高速推向加载法兰3，通过撞击加载法兰3在入射杆7中产生一拉伸应变波，此波通过入射杆7传递到拉伸试样8并对拉伸试样8加载，通过对入射杆7和透射杆9的应变波脉冲计算，可以得到拉伸试样8的动态应力应变曲线。文献公开的装置可以进行常温(室温)下材料的动态性能测试，但不能进行高温下材料的动态性能测试。原因是(I)如果直接对试样加高温，由于拉伸试样8通过螺纹直接与入射杆7和透射杆9固连，会使与试样连接的入射杆7和透射杆9的局部温度升高，导致入射杆7和透射杆9的弹性模量和强度等性能下降，而且杆中波速发生变化，无法通过入射杆7和透射杆9的应变波脉冲准确计算拉伸试样8动态应力应变曲线；(2)如果选择耐高温的入射杆7和透射杆9，由于拉伸试样8通过螺纹直接与入射杆7和透射杆9固连，试样温度很快沿杆子传递，也很难对试样加高温；(3)无论选用何种金属的入射杆7和透射杆9，其弹性模量在温度超过大约250° C后会迅速下降。
发明内容为了克服现有的拉伸实验装置不能测试材料在高温下高应变率的拉伸性能的问题，本实用新型提供一种高温高应变率拉伸同步实验装置。该装置将拉伸试样的端头设计成凸沿台形式，与拉伸试样连接的拉杆的端头设计成楔形槽形式，通过两者的配合在联动发射阀组的控制下实现高温同步，可以实现对材料高温高应变率性能的测试。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种高温高应变率拉伸同步实验装置，包括能量吸收器1、能量传递杆2、加载法兰3、撞击管4、发射阀5、冲击气室6、入射杆7、拉伸试样8和透射杆9,能量吸收器1、能量传递杆2、冲击气室6、入射杆7和透射杆9均放置在平台上。发射阀5与冲击气室6通过气管连接；能量传递杆2、入射杆7、透射杆9均为圆柱形杆；撞击管4为管状短杆，套在入射杆7上，并沿入射杆7可以自由滑动，整个入射杆7贯穿冲击气室6 ;入射杆7与撞击管4碰撞部位设计为加载法兰3 ;能量传递杆2与加载法兰3均在轴心部位设计一小孔，在小孔中放置笔直细铁棒，使二者同轴。其特点是还包括同步气室10、活塞11、气管12、高温炉13、拉伸气缸14、热电偶丝15、绝热材料16。发射阀5由发射阀门、冲击气室阀门和拉伸气缸阀门组成，同步气室10与拉伸气缸14经发射阀5通过气管12连接，拉伸气缸14中的活塞11通过螺纹连接透射杆9。入射杆7和透射杆9连接拉伸试样的端头设计一楔形槽；拉伸试样8两端头设计成凸沿台形，沿直径方向去掉月牙形；两凸沿台端头中间有效标距段为圆柱形。拉伸试样端头两侧与楔形槽内壁是绝热材料16，热电偶丝15束缚在拉伸试样8的标距段，高温炉13的有效加热段固定在拉伸试样8标距段的周围。本实用新型的有益效果是通过设计拉伸试样和拉杆端头连接形式，设置预留间隙，并且通过绝热材料将拉伸试样和拉杆隔热，使得在对试样进行加热时，避免了拉伸试样与拉杆的直接接触传热，从而在实验过程中使得入射杆和透射杆始终处于常温状态，克服了背景技术中在高温下入射杆与透射杆的局部温度会升高的问题。下面结合具体实施方式
对本实用新型作详细说明。
图1是背景技术拉伸实验装置的示意图。图2是图1中A部分的局部放大图。图3是本实用新型高温高应变率拉伸同步实验装置的示意图。图4是图3中A部分的局部放大图。图5是图3中B部分的局部放大图。图6是图4中拉伸试样的主视图。图7是图4中拉伸试样的俯视图。图8是图4中拉伸试样的轴测图。图中，1-能量吸收器、2-能量传递杆、3-加载法兰、4-撞击管、5-发射阀、6_冲击气室、7-入射杆、8-拉伸试样、9-透射杆、10-同步气室、11-活塞、12-气管、13-高温炉、14-同步拉伸气缸、15-热电偶丝、16-绝热材料、17-标距段。
具体实施方式
参照图3 8，本实用新型高温高应变率拉伸同步实验装置包括能量吸收器1、能量传递杆2、加载法兰3、撞击管4、联动发射阀5、冲击气室6、入射杆7、拉伸试样8、透射杆9、同步气室10、活塞11、气管12、高温炉13、拉伸气缸14、热电偶丝15、绝热材料16。能量吸收器1、能量传递杆2、冲击气室6、入射杆7和透射杆9均放置在平台上。能量传递杆2、入射杆7、透射杆9均为圆柱形杆；撞击管4为管状短杆，套在入射杆7上，并沿入射杆7可以自由滑动，整个入射杆7贯穿冲击气室6 ;入射杆7与撞击管4碰撞部位设计为加载法兰3 ;能量传递杆2与加载法兰3均在轴心部位存在小孔，在小孔中放置一长约3cm笔直细铁棒，使二者同轴；能量传递杆2、加载法兰3、撞击管4、入射杆7和透射杆9是由相同材料加工而成(如都是18Ni或者都是Ti)。发射阀5由发射阀门，冲击气室阀门，拉伸气缸阀门三个阀门组成，发射阀门与冲击气室6通过气管连接；可以实现对冲击气室6和同步气室10单独充压和同步发射；同步气室10与拉伸气缸14通过联动发射阀5经过气管12连接通气，拉动拉伸气缸14中的活塞杆，进而拉动与活塞杆螺纹连接的透射杆9。入射杆7和透射杆9连接试样的端头设计一楔形槽；拉伸试样8端头设计成凸沿台形，沿直径方向去掉月牙形；两凸沿台端头中间有效标距段17为圆柱形。凸沿台的几何尺寸小于楔形槽的几何尺寸，从而试样端头可沿着楔形槽轻松放入并留有2_到3_的间隙，使其整体恰好依旧是圆柱形；在试样端头两侧与楔形槽内壁加入2_到3_的绝热材料16,—方面隔绝二者的接触传热，另一方面使试样端头固定在楔形槽内。工作时首先将撞击管4推入冲击气室6,将拉伸试样8两端凸沿台与入射杆7和透射杆9楔形槽杆端装配。装配时用绝热材料16将拉伸试样8两端头侧壁与楔形槽杆端的内壁在直径方向隔开，使其不能接触传热，拉伸试样8两端凸沿台与楔形槽杆端沿轴向留约3mm间隙，保证拉伸试样8与入射杆7和透射杆9不直接接触，然后将热电偶丝15束缚到拉伸试样8标距段17，移动高温炉13使炉有效加热段在拉伸试样8的标距段17部位。这时，对冲击气室6冲压到实验需要的压力O. 2Mpa，对同步气室10加压到预先设定的压力O. 06Mpa下恰好间隙闭合，当热电偶丝15所给出温度达到实验需要的温度1000K时，打开联动发射阀5使得冲击气室6内的高压气推动撞击管4向加载法兰3运动，同时同步气室10的气压沿气管12进入到拉伸气缸14，使活塞11快速拉动透射杆9，进而使拉伸试样8两端凸沿台与入射杆7和透射杆9杆端楔形槽紧密接触，在此时，加载拉伸波正好到达拉伸试样8，对拉伸试样8加载，通过对入射杆7和透射杆9应变波计算，可以得到拉伸试样8的应力应变曲线。这种装置保证了入射杆7和透射杆9在低温下，仅对拉伸试样施加高温，准确可靠的对材料进行高温高应变率耦合性能测试。
权利要求1.一种高温高应变率拉伸同步实验装置，包括能量吸收器(I)、能量传递杆(2)、加载法兰(3)、撞击管(4)、发射阀(5)、冲击气室(6)、入射杆(7)、拉伸试样(8)和透射杆(9),能量吸收器(I)、能量传递杆(2)、冲击气室(6)、入射杆(7)和透射杆(9)均放置在平台上；发射阀(5)与冲击气室(6)通过气管连接；能量传递杆(2)、入射杆(7)、透射杆(9)均为圆柱形杆；撞击管(4 )为管状短杆，套在入射杆(7 )上，并沿入射杆(7 )可以自由滑动，整个入射杆(7)贯穿冲击气室(6);入射杆(7)与撞击管(4)碰撞的一端固连有加载法兰(3);能量传递杆(2)与加载法兰(3)均在轴心部位设计一小孔，在小孔中放置笔直细铁棒，使二者同轴；其特征在于还包括同步气室(10)、活塞(11)、气管(12)、高温炉(13)、拉伸气缸(14)、热电偶丝(15)、绝热材料(16);发射阀(5)由发射阀门、冲击气室阀门和拉伸气缸阀门组成，同步气室(10)与拉伸气缸(14)经发射阀(5)通过气管(12)连接，拉伸气缸(14)中的活塞(11)通过螺纹连接透射杆(9);入射杆(7)和透射杆(9)连接拉伸试样的端头设计一楔形槽；拉伸试样(8)两端头设计成凸沿台形，沿直径方向去掉月牙形；两凸沿台端头中间有效标距段(17)为圆柱形；拉伸试样端头两侧与楔形槽内壁是绝热材料(16)，热电偶丝(15)束缚在拉伸试样(8)的标距段(17)，高温炉(13)的有效加热段固定在拉伸试样(8)标距段(17)的周围。
专利摘要本实用新型公开了一种拉伸同步实验装置，用于解决现有的拉伸实验装置不能测试材料在高温下高应变率的拉伸性能的技术问题。技术方案是将拉伸试样的端头设计成凸沿台形式，与拉伸试样连接的拉杆的端头设计成楔形槽形式，通过两者的配合在联动发射阀组的控制下实现高温同步。通过设计拉伸试样和拉杆端头连接形式，设置预留间隙，并且通过绝热材料将拉伸试样和拉杆隔热，使得在对试样进行加热时，避免了拉伸试样与拉杆的直接接触传热，从而在实验过程中使得入射杆和透射杆始终处于常温状态，克服了背景技术中在高温下入射杆与透射杆的局部温度会升高的问题。
文档编号G01N3/18GK202886209SQ20122043812
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月30日 优先权日2011年12月18日
发明者郭伟国, 朱泽, 曾志银, 邵小军 申请人:西北工业大学