一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置的制作方法

本实用新型涉及岩土工程领域，具体涉及一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置。

背景技术：

分离式霍普金森杆试验技术(shpb)是研究中高应变率下材料动态力学性能的最主要、可靠的试验方法，也是爆炸与冲击动力学试验技术的重要组成部分。而随着科学研究以及新型材料技术的不断发展，对材料的动态冲击力学特性测试不断得到关注，分离式霍普金森压杆试验也得到迅速发展。冲击过程中，需要将试样置于入射杆和透射杆中间，利用材料与合金杆之间的摩擦力保持试样静置，试验为使得试样与入射杆和透射杆能更好耦合，会在接触面涂抹耦合剂，这就大大降低了材料与合金杆之间的摩擦力；由于材料自重和冲击扰动原因导致试样坠落或下移，导致试样、入射杆和透射杆不共轴，难以测得材料的冲击波信号或测得的信号不精确，从而降低了试验成功率。

现已研制出的shpb装置能支承的试件直径比较单一，试件长度一般不超过200mm，调整范围和试验范围有一定的局限性，满足不了多尺寸、大长度岩石试件的试验要求和精度。

此外，为了便于对岩石破坏过程的研究和掌握，大部分的试验过程中都会采用高清摄像机进行全程记录，但是当shpb试验速率达到10m/s以上时，近距离的高清摄像机经常会被破坏的岩石碎片飞出造成镜头破损或试验人员的生命安全，造成严重的经济和仪器的损失。但是，目前没有很好的避免和防止高速率下岩石碎片飞出的保护装置等。

技术实现要素：

为了克服已有技术中因试样自重和冲击扰动引起的高密度材料在加载过程中坠落或下移，无法保持试样、入射杆和透射杆共轴，导致试验测试信号不精确或试验失败的不足，以及破坏的岩石碎片造成镜头破损或者试验人员的生命安全，本实用新型提供了一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置，应用本实用新型的试样辅助加载装置，可以有效提高测试信号的采集效率和试验成功率，避免岩石试样在杆高速率撞击下对高清摄像机造成的破坏和损伤，防止岩石试样碎裂飞出对试验人员及其场地造成的二次伤害。为达到上述试验目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置，包括防爆箱、试样装载装置，试样装载装置设置于防爆箱的内部，其特征在于，试样装载装置由两个尺寸相等的带杆圆环、横杆、夹持装置组成，材料试样装载在两个带杆圆环的圆环内，带杆圆环的杆部为螺纹结构，横杆同一轴向设置有若干个螺纹孔洞，带杆圆环的杆部穿过螺纹孔洞后通过夹持装置垂直固定在横杆上，横杆水平悬挂于防爆箱上顶板的中心位置。

进一步地，试样装载装置的材料为合金钢。

进一步地，横杆上至少有两个螺纹孔洞，螺纹孔洞的内径与带杆圆环的杆部直径相等。

进一步地，带杆圆环的圆环直径为10-100mm。

进一步地，防爆箱为长方体，防爆箱左顶板、防爆箱上顶板、防爆箱前顶板、防爆箱后顶板、防爆箱右顶板、防爆箱下顶板材料均为透明有机玻璃。

进一步地，防爆箱左顶板的左孔洞贯穿设置有入射杆，防爆箱右顶板的右孔洞贯穿设置有透射杆，左孔洞和右孔洞分别设置在防爆箱左顶板和防爆箱右顶板的中心位置。

进一步地，材料试样与透射杆、入射杆为水平同轴设置。

进一步地，防爆箱前顶板和防爆箱下顶板之间通过至少一个合页活动连接，防爆箱前顶板的上设置了把手。

本实用新型的有益效果是：通过应用该实用新型分离式霍普金森压杆试验系统的试样辅助加载装置可以保证入射杆、透射杆和试样三者水平同轴，可以加载多种尺寸试样，可以有效防止因试样自重或冲击扰动作用引起的试样坠落或下滑，防爆箱可满足试样安装、碎块收集和清理并有效隔离崩解碎块的作用。该辅助加载装置设计简单、操作方便，可有效提高了试验效率。

附图说明

图1是一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置总体结构示意图；

图2是试样与试样装载装置组装后的结构示意图；

图3是试样装载装置的结构示意图；

其中，1-透射杆，2-入射杆，3-试样装载装置，4-带杆圆环，5-横杆，6-夹持装置，7-螺纹孔洞，8-材料试样，9-防爆箱，10-防爆箱左顶板，11-防爆箱上顶板，12-防爆箱前顶板，13-防爆箱后顶板，14-防爆箱右顶板，15-防爆箱下顶板，16-左孔洞，17-右孔洞，18-后孔洞，19-前孔洞，20-合页，21-把手。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1、图2和图3，本实用新型是一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置，包括防爆箱9、试样装载装置3，试样装载装置3设置于防爆箱9的内部，试样装载装置3由两个尺寸相等的带杆圆环4、横杆5、夹持装置6组成，材料试样8装载在两个带杆圆环4的圆环内，试样装载装置3的材料为镍铬合金钢材料。

优选地，带杆圆环4的杆部为螺纹结构，横杆5同一轴向设置有若干个螺纹孔洞7，带杆圆环4的杆部穿过螺纹孔洞7后通过夹持装置6垂直固定在横杆5上，螺纹孔洞7的内径与带杆圆环4的杆部直径相等，横杆5水平悬挂于防爆箱上顶板11的中心位置。本实施例中，横杆5上有2个螺纹孔洞7，带杆圆环4的圆环直径为50mm，夹持装置6为螺母。

优选地，防爆箱9为25cm*20cm*20cm的长方体，防爆箱左顶板10、防爆箱上顶板11、防爆箱前顶板12、防爆箱后顶板13、防爆箱右顶板14、防爆箱下顶板15材料均为透明有机玻璃。

优选地，穿过防爆箱左顶板10的左孔洞16设置有入射杆2，穿过防爆箱右顶板13的右孔洞17设置有透射杆1，左孔洞16和右孔洞17分别设置在防爆箱左顶板10和防爆箱右顶板13的中心位置，且左孔洞16的直径大于入射杆2的直径，右孔洞17的直径大于透射杆1的直径，以便于透射杆1和入射杆2左右移动。

优选地，透射杆1、入射杆2与材料试样8为水平同轴设置，且材料试样8与透射杆1、入射杆2通过耦合剂良好对接。

优选地，防爆箱前挡板12和防爆箱后挡板13的中心位置设计了直径为30mm的前孔洞19和后孔洞18，以便于应变仪和高速摄像头穿过。

优选地，防爆箱前顶板12和防爆箱下顶板13交界处对称设置两个合页20，防爆箱前顶板12的另一侧设置了把手21，通过把手21可以向下打开防爆箱前顶板12，便于材料试样8和试样装载装置3的组装，同时便于清理破碎的材料试样8。

需要说明的是，一种分离式霍普金森压杆试验试样的辅助加载装置配备有不同直径的带杆圆环4，通过选取不同直径的带杆圆环4以及调整带杆圆环4和横杆5的固定位置，多种尺寸试样的加载。针对细长的试样，选取2个小直径的带杆圆环4，并选取2个相对比较远的螺纹孔洞7，通过调整带杆圆环4的杆部穿过螺纹孔洞7的高度，使透射杆1、入射杆2与材料试样8为水平同轴设置，从而防止试样坠落或下滑

本实施例的一个辅助加载过程是，首先通过把手21打开防爆箱前顶板12，将入射杆2和透射杆1的端部进入防爆箱9并为材料试样8预留出足够空间；然后将材料试样8两端面涂抹耦合剂后放置于两个带杆圆环4的圆环内部，调整带杆圆环4和横杆5的固定位置，使材料试样8与透射杆1、入射杆2为水平同轴，推动入射杆2和透射杆1将材料试样8夹紧，并闭合防爆箱前顶板12；加压，待所有参数无误后进行试验；试验结束后，打开防爆箱前顶板12后收集试样碎块。

上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。