真三轴霍普金森压杆的定位对中系统及方法与流程

本发明涉及岩石、混凝土等材料动态力学特性测试领域，尤其涉及真三轴动静组合加载霍普金森杆的精准定位对中装置及方法。

背景技术：

目前，国内外对岩石和混凝土等材料的动态力学特性的研究主要采用基于霍普金森杆系统的动态冲击实验研究。专利号为201620574575.9的实用新型提供了一种基于真三轴静载的岩石霍普金森冲击加载实验装置，该装置虽然能够实现岩石静态真三轴预加静态压力，但是该实用新型专利并未解决岩石试样安装时的精准定位对中问题。

基于真三轴静载的霍普金森冲击加载实验装置可以反映工程实际中的真三轴应力状态。然而精准定位对中是试验系统的核心，专利号为201620574575.9的实用新型霍普金森杆系统中的定位中心支架无法达到精准定位对中的试验效果，不仅使得试样安装过程繁琐，而且不利于保证测试精度及结果的可重复性；另外，由于真三轴压杆对中不精确可靠，容易导致压杆和测试试样的对中产生偏心，从而在高幅值动态冲击加载过程中容易导致压杆和测试试样之间因产生偏心力矩作用而损伤压杆并且导致测试结果不可靠。

技术实现要素：

本专利发明的目的是介绍一种精准定位对中装置以确保试样可以精准快速定位安装，使试验结果更加精确可靠。

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种真三轴霍普金森压杆的定位对中系统，定位导向对中盒为立方体，定位导向对中盒的六个面预留方孔，六个面上方孔的尺寸与霍普金森杆的方形杆的尺寸一致；定位导向对中盒的内腔尺寸与立方体试样尺寸一致，定位导向对中盒设计为对称的四部分。

作为本发明的进一步改进，定位导向对中盒的六个面预留圆孔，圆孔的尺寸与螺杆尺寸一致，所述四部分之间通过螺杆和螺母连接起来，用于将可拆分的定位导向对中盒组合成为整体结构以及用于将定位导向对中盒快速且准确的安置于中心立方体方箱的正中心位置。

一种真三轴霍普金森压杆的定位对中系统进行定位的方法，包括如下步骤：

步骤1：组装定位导向对中盒，先将定位导向对中盒的下面两部分连接起来，然后将第三部分装入，随后将下面两部分和上面第三部分连接起来，然后装入立方体试样，再将最后一部分安装上去，固定连接，形成完整的定位对中装置；

步骤2：安装定位导向对中盒垫块，先将可拆卸的垫块放置在中心立方体方箱底面正中央，随后用螺栓通过垫块螺栓定位孔将垫块固定在中心立方体方箱底面正中央，以便为快速且精准的将定位导向对中盒安置于中心立方体方箱正中心位置提供辅助平台；

步骤3：待所述步骤2安装后，将步骤1所述定位导向对中盒放置于所述步骤2的垫块上表面中心位置，随后用螺栓通过定位导向对中盒螺栓定位孔将定位导向对中盒固定在垫块上表面正中心位置，从而使定位导向对中盒快速且精确的安置于中心立方体方箱的正中心位置，并与中心立方体方箱的各侧面用于安装方形杆的方孔完全对中和对齐，然后沿中心立方体方箱和对中盒的x、y、z方向方孔两侧分别放置方形杆，至此，完成快速精准定位对中步骤；

步骤4：待所述步骤3安装结束后，利用红外激光测量仪辅助实现三轴六向压杆快速精确对准，工作原理和具体实施以x方向为例，精准对中前，x-向方形杆置于中心立方体方箱边缘，将红外激光测量仪在a处，从a处发射红外激光，红外激光到达b处，可以测量ab间的距离；精准对中以后，x-方向方形杆与立方体试样接触，红外激光测量仪的位置在对准过程固定不变，此时，红外激光测量仪在a1处，红外激光到达b1处，可以测量a1b1之间的距离，前后两次测量距离之差为cd间的距离；ef线为立方体试样和中心立方体方箱的中线，eg为中心立方体方箱边长的一半，hi为立方体试样边长的一半，如果cd间距和中心立方体方箱边长一半与立方体试样边长一半之差相等，即cd＝eg-hi，那么可以说明x向已经完成精准对中和对准，可以继续开展后续操作及试验过程。

本发明的有益效果是：

(1)垫块、定位导向对中盒和中心立方体方箱的结构设计可以确保真三轴霍普金森压杆测试过程中岩石和混凝土等测试试样的快速精准定位对中安装。

(2)红外激光测量仪辅助安装系统确保三轴六向压杆快速对准。

(3)本发明装置和方法有助于保证三轴六向压杆快速对中和对准，确保压杆和测试试样的对中不会发生偏心，从而可保证高幅值动态冲击加载过程中，压杆和测试试样之间不会因产生偏心力矩作用而损伤压杆，并确保测试结果可靠。

附图说明

附图1是立方体试样；

附图2a是和图2b定位导向装置盒安装示意图；

附图3a是精准定位对中装置三维图；

附图3b是精准定位对中装置剖面三维图；

附图4a是精准对中前x向真三轴动静组合加载霍普金森杆主视图；

附图4b是精准对中后x向真三轴动静组合加载霍普金森杆主视图；

附图4c是中心立方体方箱、定位导向对中盒和立方体试样组合主视图。

图中标号对应部件名称如下：

1-定位导向对中盒第一部分，2-定位导向对中盒第二部分，3-定位导向对中盒第三部分，4-定位导向对中盒第四部分，5-螺栓连接孔，6-定位导向对中盒，7-中心立方体方箱，8-x+向凸台，9-x+向方形杆，10-x-向凸台，11-x-向方形杆，12-y+向凸台，13-y+向方形杆，14-y-向凸台，15-y-向方形杆，16-z+向凸台，17-z+向方形杆，18-z-向凸台，19-z-向方形杆，20-立方体试样，21-垫块，22-垫块螺栓定位孔，23-定位导向对中盒螺栓定位孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

真三轴动静组合加载霍普金森压杆的精准定位对中装置是三轴六向同步协调控制电磁加载霍普金森杆系统的核心。精准定位对中装置包括定位导向对中盒和红外激光对准系统。定位导向对中盒的侧面预留圆孔和方孔，六个面上方孔的尺寸与方形杆的尺寸一致，方形杆穿过方孔与立方体试样接触；圆孔的尺寸与螺杆尺寸一致，用于将可拆分的定位导向对中盒组合成为整体结构以及用于将定位导向对中盒快速且准确的安置于中心立方体方箱的正中心位置；

定位导向对中盒的内腔尺寸与立方体试样尺寸一致，图1为立方体试样20，立方体试样20的各向边缘会有0.5mm-2mm的倒角。是为了给试样留下变形的空间以及避免测试试样挤压变形导致方形杆互相碰撞受损。

定位导向对中盒设计为对称的四部分，安装定位导向对中盒时，先将定位导向对中盒的下面两部分用螺杆通过螺栓连接孔连接起来，然后将第三部分装入，随后用螺杆将下面两部分和上面第三部分通过螺栓连接孔连接起来，然后装入立方体试样，再将最后一部分安装上去，用螺杆通过螺栓连接孔连接，形成完整的定位对中装置；随后将定位导向对中盒放置于垫块上表面中心位置，用螺栓通过定位导向对中盒螺栓定位孔将定位导向对中盒固定在垫块上表面正中心位置，从而使定位导向对中盒快速且准确的安置于中心立方体方箱的正中心位置，并与中心立方体方箱的各侧面用于安装方形杆的方孔完全对中和对齐，然后沿中心立方体方箱和对中盒的x、y、z方向方孔两侧分别放置方形杆，至此，完成快速精准定位对中步骤。

然后利用红外激光测量仪辅助实现三轴六向压杆快速精确对准。工作原理和具体实施以x方向为例，图4a为精准对中前x+向方形杆9置于中心立方体方箱7边缘，将红外激光测量仪在a处，从a处发射红外激光，红外激光到达b处，可以测量ab间的距离；图4b为精准对中以后，x-方向方形杆与立方体试样20接触，红外激光测量仪的位置在对准过程固定不变，此时，红外激光测量仪在a1处，红外激光到达b1处，可以测量a1b1之间的距离，前后两次测量距离之差为cd间的距离；图4c中ef线为立方体试样20和中心立方体方箱7的中线，eg为中心立方体方箱7边长的一半，hi为立方体试样20边长的一半，如果cd间距和中心立方体方箱7边长一半与立方体试样20边长一半之差相等(即cd＝eg-hi)，那么可以说明x向已经完成精准对中和对准，可以继续开展后续操作及试验过程。

图3a为精准定位对中装置三维图，图3b为精准定位对中装置剖面三维图。如图3a所示，将装完立方体试样20的定位导向对中盒6置于中心立方体方箱7中(位于垫块21上)，中心立方体方箱的侧面预留方孔、观察孔和圆孔，定位导向对中盒6和中心立方体方箱7的x方向方孔一侧放置x+向方形杆9，另一侧放置x-向方形杆11，y方向方孔一侧放置y+向方形杆13，另一侧放置y-向方形杆15，z方向方孔一侧放置z+向方形杆17，z-向方形杆19，至此完成了精准定位对中。在图3b中，定位导向对中盒6下面为垫块21，垫块分为两部分，是可拆卸的，垫块上面布置有垫块螺栓定位孔22和定位导向对中盒螺栓定位孔23，一方面，通过垫块螺栓定位孔22可将垫块固定在中心立方体方箱底面正中央，以便为快速且精准的将定位导向对中盒安置于中心立方体方箱正中心位置提供辅助平台；另一方面，通过定位导向对中盒螺栓定位孔23可将定位导向对中盒固定在垫块上表面正中心位置，确保定位导向对中盒快速且精确的安置于中心立方体方箱的正中心位置，并与中心立方体方箱的各侧面用于安装方形杆的方孔完全对中和对齐。

图4a为精准对中前x向真三轴动静组合加载霍普金森杆主视图，图4b为精准对中后x向真三轴动静组合加载霍普金森杆主视图，图4c为中心立方体方箱7、定位导向对中盒6、垫块21和立方体试样20组合主视图。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。