一种适用于多尺寸试件的分离式霍普金森压杆定位装置的制作方法

本实用新型涉及材料的动态力学性能测试研究领域，具体涉及一种适用于多尺寸试件的分离式霍普金森压杆定位装置。

背景技术：

在解决许多工程技术和军事技术上的实际问题时,人们经常会遇到各种冲击、爆炸等动态荷载的问题，大部分材料在动态荷载下的力学响应与静荷载有很大的区别。为了进一步研究材料在动态荷载下的力学响应，人们从19世纪开始进行了一系列动态加载仪器的设计与改进工作。

J.Hopkinson 1872年利用铁丝和落锤完成了第一个冲击拉伸试验，1914年，B.Hopkinson采用Hopkinson压杆来测定炸药爆炸或子弹射击杆端时的压力-时 间关系。1949年，Kolsky首先把Hopkinson压杆变成分离式并用来研究材料在高应变率下的动态力学行为。随后分离式霍普金森压杆(SHPB)被广泛的应用到材料动态性能的测试实验中。

目前人们广泛使用的霍普金森压杆实验系统由子弹发射装置、波形整形器、入射杆、透射杆、缓冲器（一般为缓冲透射杆或阻尼装置等）、波形放大器、及数字示波器等组成，在进行材料冲击压缩实验时，试件被夹持在入射杆与透射杆之间，随后发射装置在一定的打击气压下将打击子弹发射，与入射杆端面撞击产生相应的入射波，入射波行进至入射杆与试件的端面时由于阻抗的不同而产生反射波，在试件与透射杆的端面产生透射波。入射波、反射波与透射波经粘贴在入射杆与透射杆上的应变片及导线传入数字示波器中。

采用霍普金森压杆测试试件的冲击压缩性能时必须符合一维应力波假定及试件两端面应力平衡的假定，否则试验结果将不能准确反映试件的动态力学性能。

分离式霍普金森杆实验技术现在已被公认为是研究中高应变率下材料力学性能的最主要、可靠的实验方法，利用霍普金森杆能够模拟出类似现场的应变率条件，其应用领域也从最初的金属金属材料拓展到现场测量岩石、混凝土、陶瓷、高聚物、复合材料等一系列新材料。

但现有的分离式霍普金森压杆系统在实际操作过程中存在以下不足：

1.现有的分离式霍普金森杆在试件放置在入射杆与透射杆之间后没有相应的支撑装置，由于试件端部通常会涂抹凡士林等润滑剂来减少端部摩擦对测量结果的影响，因此试件有可能在开始试验之前从入射杆与透射杆之间滑落，造成试件的损坏。

2.当待测试件的直径与霍普金森压杆的直径不相同时，无法准确的实现试件中心与霍普金森压杆中心的同轴放置，在进行冲击试验时容易导致压杆的弯曲，影响一维应力波传播的假定，为试验波形的测量带来误差，降低了试验的准确性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便、适用范围广的一种适用于多尺寸试件的分离式霍普金森压杆定位装置，以克服现有的分离式霍普金森压杆试验装置无法为夹持在入射杆与透射杆之间的试件提供可靠的支撑，同时无法实现试件中心与压杆中心同轴精确定位放置的问题，

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于多尺寸试件的分离式霍普金森压杆定位装置，其特征在于，包括可拆卸式夹持装置及与试样直径和入射杆直径差相匹配的侧边定位件；所述的可拆卸式夹持装置由上侧套筒壁、下侧套筒壁组成，上侧套筒壁与下侧套筒壁的一边通过铰链连接成为整体，另一边能根据需要进行开闭并设置有连接结构；所述上侧套筒壁、下侧套筒壁的内径与入射杆的直径相等，所述下侧套筒壁设置有支撑所述侧边定位件的支撑结构；所述的侧边定位件设置有与所述支撑结构配合的面及与试件接触的试件定位圆弧面。

优选地，所述可拆卸式夹持装置中上侧套筒壁与下侧套筒壁均为半圆柱管状，在试件所处的一端，下侧套筒壁突出于上侧套筒壁而作为所述支撑结构。

优选地，所述上侧套筒壁与下侧套筒壁的厚度均为1mm,上侧套筒壁长5cm,下侧套筒壁长7.5cm。

优选地，所述连接结构包括：上侧套筒与下侧套筒的自由边处分别有一凸缘，当上下侧套筒闭合时该凸缘相互平行，在上下凸缘同一位置处两个相同大小的带有螺纹的孔洞，用于插入螺栓进行连接。

优选地，所述的可拆卸式夹持装置及侧边定位件的材料均为不锈钢。

优选地，所述的侧边定位件为半圆环状，沿入射杆长度方向的宽度为2.5cm，沿入射杆径向的厚度与相匹配的试件尺寸有关，其厚度=（霍普金森入射杆直径D-试件直径d）/2。

本实用新型的有益效果体现在：

1）所述的可拆卸式夹持装置结构简单，制作成本较低，有利于批量生产及推广使用。

2）安装及拆卸，操作方便，同时能够保证装置定位的精度。

3）利用不同径向厚度的侧边定位件能够满足不同尺寸试件的定位要求，适用范围广。

4）本装置属于霍普金森杆试验平台之外的辅助装置，便于定期维护及在损坏后进行更换。

附图说明

图1是本实用新型的三维结构示意图。

图2是本实用新型的正视图。

图3是本实用新型的侧视图。

图4是直径80mm试件的装置视图。

图5是直径75mm试件的装置视图。

图6是直径50mm试件的装置视图。

图中，1-霍普金森入射杆，2-上侧套筒壁，3-下侧套筒壁，30-支撑结构，4-凸缘，5-连接螺栓，6-螺帽，7-侧边定位件，8-试件，9-活页铰链，透射杆-10。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

一种适用于多尺寸试件的分离式霍普金森压杆定位装置，如图1、2所示，包括可拆卸式夹持装置及侧边定位件7。所述的可拆卸式夹持装置由上侧套筒壁2、下侧套筒壁3组成，均为半圆柱管状，材料为不锈钢，上下侧套筒壁3的内直径与霍普金森入射杆1的直径相同，厚度均为1mm,上侧套筒壁2长5cm,下侧套筒壁3在试件8所处这一端设有凸出于上侧套筒壁2的支撑结构30，用于支撑侧边定位件7，所述下侧套筒壁3长7.5cm。上侧套筒壁2与下侧套筒壁3的一边通过活页铰链9连接成为整体，另一边可根据需要进行开闭。

使用时首先将上下侧套筒壁套在在入射杆与试件接触的一端，使得上侧套筒壁的最右端与入射杆的最右端重合，随后合拢上下侧套筒壁2、3，使上下两侧套筒壁的凸缘4相互平行，在对应的两个螺栓孔上侧插入连接螺栓5，下侧旋紧螺帽6，从而将上下侧套筒套筒壁2、3固定在入射杆1上。

侧边定位件7为半圆环形不锈钢构件，其外径和下侧套筒壁3的内径相同，作为与所述支撑结构30配合的面，其内侧为与试件接触的试件定位圆弧面。针对不同直径的试件所采用的侧边定位件尺寸不同，沿入射杆长度方向的宽度均为2.5cm,高度均为入射杆直径的一半，厚度根据试件的直径进行调整：

当入射杆直径100mm，试件直径80mm时，可采用厚度为10mm的侧边定位件，如图3所示；

当入射杆直径100mm，试件直径75mm时，可采用厚度为12.5mm的侧边定位件，如图4所示；

当入射杆直径100mm，试件直径50mm时，可采用厚度为25mm的侧边定位件，如图5所示 ；

将对应的侧边定位件7放入下侧套筒3的突出于上侧套筒壁2的端部上，并使得侧边支撑件的左面紧贴入射杆1的右端面，随后在侧边定位件上方放置试件8，将透射杆10向左侧推进，使得透射杆10的左端面与试件8的右端面紧贴，随后松开螺帽6，将连接螺栓5从螺孔中取出，从而将上下侧套筒及侧边定位件从霍普金森压杆装置中取出，此时夹持在入射杆1与透射杆10之间的试件8已经被准确定位，确保试件8中心与入射杆1、透射杆10中心在一条直线上。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的保护范围之中。