一种霍普金森压杆的支撑装置的制作方法

本实用新型涉及材料动态力学性能研究领域，特别是涉及一种霍普金森压杆的支撑装置。

背景技术：

材料在爆炸、冲击等载荷作用下将发生高应变率行为，为了研究材料在高应变率下的动态力学性能，分离式霍普金森压杆装置已得到广泛应用。随着试验装置的普及，如何使试验结果有效可靠成为应用过程中的重要问题。

目前分离式霍普金森压杆主要用于进行冲击压缩试验。在测试材料动态压缩力学性能时，将圆柱形试件放置于入射杆与透射杆之间，要求入射杆、透射杆与试件同直径且同心。利用冲击气压打击子弹，使子弹以一定冲击速率撞击入射杆，在入射杆中产生入射应力波，使试件发生高应变率变形，在入射杆-试件界面上，入射应力波向入射杆回传反射应力波，并向透射杆传播透射应力波。利用粘贴在入射杆与透射杆表面的应变片收集应力波信息并导入超动态应变仪及波形储存器，最后利用数据处理系统进行分析。现有霍普金森压杆在试验过程中主要存在以下不足与局限：

为了减少端面摩擦效应，试件在安装时需要在入射杆与试件接触界面、透射杆与试件接触界面涂抹凡士林或二硫化钼，由于润滑与重力作用，试件在安装后会缓慢下滑，导致试件错位，引起入射杆、透射杆、试件三者不同心，极易影响试验结果。

技术实现要素：

为克服现有霍普金森压杆在试验过程中的不足，本实用新型提供一种霍普金森压杆的支撑装置，用以对撞击前的试件进行支撑，并对撞击后的碎块进行收集，以提高测试结果的精确度。

为解决上述问题，本实用新型提供一种霍普金森压杆的支撑装置，包括：

碎块收集结构和试件支撑结构；所述碎块收集结构包括：收集箱；所述试件支撑结构安装在所述收集箱内；所述试件支撑结构包括：支撑组件、上下调节组件和左右调节组件；

所述支撑组件通过所述上下调节组件安装在所述左右调节组件上；所述收集箱的相对两侧设有与所述支撑组件上放置的试件对应并且同轴的霍普金森杆预留孔。

进一步地，所述碎块收集结构还包括：收集盒；所述收集盒的底部设有倾斜设置的导向板，所述收集盒位于所述导向板的最低点的边沿。

进一步地，所述收集箱的内壁上固定有乳胶层。

进一步地，所述收集箱的一侧设有用于开闭的箱门，所述箱门上设有观察窗。

进一步地，所述上下调节组件包括：上下调节杆和用来调节所述上下调节杆长度的上下调节旋钮；所述上下调节旋钮安装在所述上下调节杆上，所述上下调节杆连接在所述支撑组件和所述左右调节组件之间。

进一步地，所述左右调节组件包括：支架、左右调节杆和用来调节所述左右调节杆相对所述支架沿轴向左右移动的左右调节旋钮；所述左右调节杆可活动地安装在所述支架上，所述左右调节旋钮安装在所述左右调节杆上，所述上下调节杆安装在所述左右调节杆上。

进一步地，所述支架设有两个，分别为第一支架和第二支架；所述左右调节组件还包括：弹性元件和挡盘；所述左右调节杆从左至右依次设有所述左右调节旋钮、所述第一支架、所述弹性元件、所述挡盘和所述第二支架；所述左右调节杆套设所述第一支架的一端设有螺纹段。

进一步地，所述支撑组件包括：支撑台和支撑体；所述支撑体通过所述支撑台安装在所述上下调节杆上。

进一步地，支撑台内预留有用于固定所述支撑体的楔形凹槽。

进一步地，所述支撑体为上宽下窄的梯形台，所述梯形台的顶部设有用于承载试件的弧面。

本实用新型提供的霍普金森压杆的支撑装置，通过在碎块收集结构内设置试件支撑结构，可通过上下调节组件和左右调节组件调整试件与入射杆、透射杆同心，完成试件的支撑及调节，防止三者的错位。同时，本实用新型还可利用收集箱对撞击后的碎块进行收集，有效提高测试结果的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的霍普金森压杆的支撑装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的收集箱的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的支架的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的支撑台的结构示意图；

附图标记说明：1、底座；2、支架；3、左右调节杆；4、左右调节旋钮；5、弹性元件；6、挡盘；7、上下调节杆；8、上下调节旋钮；9、支撑台；10、支撑体；11、试件；12、收集箱；13、导向板；14、乳胶层；15、收集盒；16、观察窗；17、支柱；18、椭圆形螺丝孔；19、楔形凹槽；20、霍普金森杆预留孔；21、箱门；22、支撑组件；23、上下调节组件；24、左右调节组件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种霍普金森压杆的支撑装置，如图1所示，该霍普金森压杆的支撑装置包括：

碎块收集结构和试件支撑结构；碎块收集结构包括：收集箱12；收集箱12形状可设计为长方体，材质可选用防弹玻璃。试件支撑结构安装在收集箱12内，即所有用于支撑的结构均设置在碎块收集结构内。

其中，试件支撑结构包括：支撑组件22、上下调节组件23和左右调节组件24。支撑组件22通述上下调节组件23安装在左右调节组件24上，上下调节组件23用来调节支撑组件22上放置的试件11的竖直高度，左右调节组件24用来调节支撑组件22上放置的试件11的水平位置。收集箱12的相对两侧设有与支撑组件22上放置的试件对应并且同轴的霍普金森杆预留孔20，一般为圆孔，霍普金森杆预留孔20的孔径略大于霍普金森杆径，收集箱12一侧的霍普金森杆预留孔20用于设置入射杆，收集箱12另一侧的霍普金森杆预留孔20用于设置透射杆。

在使用该霍普金森压杆的支撑装置进行试验的过程中，先将霍普金森压杆的支撑装置放置在试件11安装处，将其固定在试验平台上。然后在支撑组件22上安装试件11，在收集箱12一侧的霍普金森杆预留孔20设置入射杆，在收集箱另一侧的霍普金森杆预留孔20设置透射杆，将试件11调整至与入射杆、透射杆同心。通过左右调节组件24调节试件11的水平位置，调节好后通过上下调节组件23将支撑组件22与试件11刚好接触。此时试件11可能已产生下滑错位，需再次调整试件11与入射杆、透射杆同心，然后再次将支撑组件22升高至与试件11刚好接触，即完成试件11支撑操作，下一步可进行冲击试验。冲击试验后，试件11在撞击作用下飞溅，收集箱12能够将全部碎块进行有效收集。

需要说明的是，为便于控制霍普金森压杆的支撑装置的位置，可在试验平台上设置滑槽，在将霍普金森压杆的支撑装置固定在试验平台的滑槽上，以通过滑槽调整位置。

本实用新型实施例提供的霍普金森压杆的支撑装置，通过在碎块收集结构内设置试件支撑结构，可通过上下调节组件和左右调节组件调整试件与入射杆、透射杆同心，完成试件的支撑及调节，防止三者的错位。同时，本实用新型还可利用收集箱对撞击后的碎块进行收集，有效提高测试结果的精确度。

分形维数是研究破碎粒径分布的一个量化指标。为计算分形维数，需要收集撞击后的试件碎块，然后采用高频振筛机进行分级筛分并称重，最后代入公式得出。当前，碎块收集装置主要为一个塑料箱，将其罩在试件处，这种方法存在两个缺点：一是每次撞击后，都要将入射杆和反射杆从箱内抽出，将塑料箱取下倒出试件碎块，并再次放置于试验台，费时费力；二是高速撞击后的试件碎块会向外飞溅，再次撞击塑料箱内壁造成二次破碎，严重影响分形维数的计算结果。

如图1所示，为解决上述问题，避免收集碎块反复将收集箱12打开倾倒。碎块收集结构还包括：收集盒15。收集盒15的底部设有倾斜设置的导向板13，导向板13倾斜设置在底座1上，收集盒15位于导向板13的最低点的边沿。为便于拆卸和收集，收集盒15可活动地安装在导向板13的底部，同时收集盒15向内弯折设置，防止碎块掉入收集盒15与导向板13之间的缝隙。

为避免撞击后碎块飞溅造成二次破碎，可在收集箱12内壁上固定乳胶层14，以起到减震效果。

如图2所示，收集箱12的一侧设有用于开闭的箱门21，一般为正面。以便进行试件11支撑操作及取放收集盒15。同时，为便于观察试件11撞击过程，可在箱门21上设置观察窗16，观察窗16对应的内壁可不固定乳胶层14。

本实施例中，上下调节组件23包括：上下调节杆7和用来调节上下调节杆7长度的上下调节旋钮8。上下调节旋钮8安装在上下调节杆7上，上下调节杆7连接在支撑组件22和左右调节组件24之间。其中，上下调节杆7包括外杆和至少一层内杆，内杆的一端插在外杆内。上下调节旋钮8同时连接在外杆和内杆上，用于调节外杆和内杆间的相对位置，从而可调节整个上下调节杆7的长度。

其中，左右调节组件24包括：支架2、左右调节杆3和用来调节左右调节杆3相对支架2沿轴向左右移动的左右调节旋钮4。左右调节杆3可活动地安装在支架2上，左右调节旋钮4安装在左右调节杆3上。为便于调整，上下调节杆7的下端一般固定在左右调节杆3的中部。

如图3所示，支架2设有两个，分别为第一支架和第二支架，两组支架2均固定在底座1的两端，每组支架2下部由两根支柱17支撑，上部预留一个椭圆形螺丝孔18。左右调节组件24还包括：弹性元件5和挡盘6。弹性元件5可选用弹簧。左右调节杆3从左至右依次设有左右调节旋钮4、第一支架、弹性元件5、挡盘6和第二支架，即在第一支架的外侧安装左右调节旋钮4，在第一支架的内侧套装弹性元件5，在第一支架和第二支架之间设置挡盘6，弹性元件5处于半压缩状态。左右调节杆3套设第一支架的一端设有螺纹段，可通过左右调节旋钮4控制左右调节杆3移动。对应地，左右调节杆3套设第二支架的一端不设置螺纹段，无螺纹段一端可自由滑动。

其中，支撑组件包括：支撑台9和支撑体10。支撑体10通过支撑台9安装在上下调节杆7上。支撑体10为一次性支撑体，采用易于破断的石膏脆性材料，形状为上宽下窄的梯形台，梯形台的形状为类梯形，厚度为4mm，梯形台的顶部设有用于承载试件11的弧面，试件11可放置在一次性支撑体的弧面上。如图4所示，支撑台9内预留有用于固定支撑体10的楔形凹槽19。一次性支撑体安装在支撑台9预留的楔形凹槽19内。

在使用该霍普金森压杆的支撑装置进行试验的过程中，先将霍普金森压杆的支撑装置放置在试件11安装处，将其固定在试验平台上。然后在支撑组件上安装试件11。然后在支撑组件上安装试件11，在收集箱12一侧的霍普金森杆预留孔20设置入射杆，在收集箱另一侧的霍普金森杆预留孔20设置透射杆，将试件11调整至与入射杆、透射杆同心。然后将支撑体10插入支撑台9的楔形凹槽19内，通过左右调节旋钮4对支撑体10的位置进行微调，当拧紧左右调节旋钮4时，弹性元件5压缩，左右调节杆3在螺纹作用下向左移动，当旋松左右调节旋钮4时，弹性元件5释放，左右调节杆3在弹性元件5作用下向右移动，由于左右调节杆3的断面形状为类椭圆形，所以左右调节杆3只发生左右水平移动，不会发生转动，从而保证其上方的部件处于稳定状态。然后再通过上下调节旋钮8将支撑体10升高至与试件11刚好接触，此时试件11可能已产生下滑错位，需再次调整试件11与入射杆、透射杆同心，然后再次将支撑体10升高至与试件11刚好接触，即完成试件支撑操作，下一步可进行冲击试验。冲击试验后，试件11在撞击作用下飞溅，收集箱内壁的乳胶层14会起到减震作用，避免了碎块的二次破碎；大部分碎块在重力作用下从箱底导向板13直接滑入收集盒15内，被收集箱12挡住的小部分碎块可通过小刷子清理到收集盒15内，避免每次试验都需要搬动收集箱12。最后打开箱门21，将收集盒15抽出，即可完成碎块收集操作。

综上所述，本实用新型实施例提供的霍普金森压杆的支撑装置，通过在碎块收集结构内设置试件支撑结构，可通过上下调节组件和左右调节组件调整试件与入射杆、透射杆同心，完成试件的支撑及调节，防止三者的错位。同时，本实用新型还可利用收集箱对撞击后的碎块进行收集，有效提高测试结果的精确度。收集箱的乳胶层可有效预防撞击后飞溅的碎块发生二次破碎，提高了分形维数计算的精确性，有助于更好的研究破碎粒径分布规律。收集箱的导向板设计能使碎块在重力作用下滑入箱底的碎块收集盒中，同时可抽拉式设计的收集盒能够简化碎块收集程序，避免了每次试验都需要搬动收集箱，大大减少了试验时间，提高了试验效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。