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原文传递一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法

专利名称：	一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法
摘要：	本发明公开一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法，该装置主要由发射系统、试验系统、轴压系统及加热炉等组成。发射系统由子弹、发射腔、放气阀及进气阀等构成，试验系统由入射和透射拉杆、吸收杆、粘结/夹持型拉伸夹具构成，轴压系统由挡板、连杆、作动器及液压油泵组成，加热炉由绝热框、发热器、温度传感器及温控系统等组成。利用本发明装置及方法，可开展岩石、混凝土等材料在不同压缩静应力或温度作用下应变率为101～103s‑1的动态拉伸力学与破坏特征测试，填补了现有霍普金森拉杆装置无法开展动静组合加载或温压耦合条件下的岩石、混凝土等材料动态直接拉伸测试试验研究的空白。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	周韬;朱建波;暴伟越;彭琦;邓稀肥
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910573778.4
公开号：	CN110296898A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	刘子文
分类号：	G01N3/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	300350 天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区
主权项：	1.一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，设置于试验平台上，其特征在于，由发射系统、试验系统、轴压系统和加热炉(22)组成，所述发射系统包括子弹(6)、发射腔(9)、放气阀(10)和进气阀(11)，所述发射系统通过发射腔支座(7)放置于试验平台上；所述试验系统由依次设置的吸收杆(3)、入射拉杆(12)、拉伸夹具和透射拉杆(16)构成，所述拉伸夹具用于固定试样(14)，入射拉杆(12)前端及透射拉杆(16)的末端设置有入射拉杆法兰(5)和透射拉杆法兰(18)，以防止二次加载状况的发生；所述吸收杆(3)通过吸收杆支架(2)放置于试验平台上，所述吸收杆(3)的前端及透射拉杆(16)末端分别放置有入射拉杆端吸能器(1)和透射拉杆端吸能器(17)，用于吸收试验中产生的多余能量并防止反射压缩应力波的产生；所述轴压系统由入射拉杆端挡板(4)、透射拉杆端挡板(20)、连杆(8)、连杆支架(15)、作动器(19)及液压油泵(21)组成，所述液压油泵(21)通过作动器(19)将轴压施加至试验系统上；所述连杆(8)通过固定于试验平台上的连杆支架(15)连接位于两端的入射拉杆端挡板(4)和透射拉杆端挡板(20)，以确保轴压系统的正常运行；所述拉伸夹具设置于加热炉(22)内部，加热炉(22)的炉壁设置有用于入射拉杆(12)和透射拉杆(16)穿过的连接孔，所述加热炉(22)由绝热框(25)、发热器(26)、温度传感器(27)及温控系统等组成，通过温控系统设置加热炉(22)所需的实验温度，由发热器(26)对加热炉(22)内进行加热；温度传感器(27)用于监测加热炉(22)内温度并将温度信息反馈给温控系统，绝热框(25)用于隔绝外界环境的影响。 2.根据权利要求1所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述拉伸夹具包括粘结型拉伸夹具(13)和夹持型拉伸夹具(23)两种结构型式。 3.根据权利要求1或2所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述拉伸夹具的两端通过螺纹(24)与入射拉杆(12)和透射拉杆(16)连接固定。 4.根据权利要求2所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述粘结型拉伸夹具(13)通过抗拉强度为20-30MPa的强度树脂胶安装试样，用于常温试验。 5.根据权利要求2所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置，其特征在于，所述夹持型拉伸夹具(23)适用于高温环境中动静组合加载。 6.一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，基于权利要求1所述霍普金森拉杆装置，其特征在于，使用的拉杆夹具为粘结型拉伸夹具，测试方法包括以下步骤：步骤101：将试样用树脂胶粘结于拉伸夹具之间，等待24小时胶体完全粘结固化之后，再将拉伸夹具通过螺纹连接于入射拉杆及透射拉杆之间；步骤102：打开液压油泵，将轴压装置调至预定静荷载值；步骤103：在入射拉杆法兰处对称粘贴波形整形器，之后通过进气阀启动发射腔以试验设定的气压驱动子弹撞击入射拉杆法兰，产生压缩应力波向前传播；待压缩应力波传递至入射拉杆法兰自由端部时，反射成为入射拉伸应力波并沿着入射拉杆朝远离入射拉杆法兰的方向传播，入射拉伸应力波沿着入射拉杆传播并作用在试样上对试样进行动态拉伸加载；入射拉伸应力波传递至入射拉杆和试样端面时，由于入射拉杆和试样波阻抗不一致，部分入射拉伸应力波反射成为反射压缩应力波进入入射拉杆并沿着入射拉杆朝远离试样方向传播，剩余部分入射拉伸应力波则穿过试样传递进入透射拉杆成为透射拉伸应力波，并沿着透射拉杆继续朝远离试样方向传播；步骤104：测试过程中，通过粘贴在入射拉杆及透射拉杆中心位置表面上的电阻式应变片，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号；步骤105：基于测试过程中采集的应力波信号，计算测试试样的动态拉伸强度、拉伸应变以及拉伸测试应变率。 7.一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，基于权利要求1所述霍普金森拉杆装置，其特征在于，使用的拉杆夹具为夹持型拉伸夹具，测试方法包括以下步骤：步骤201：将夹持型拉伸夹具通过螺纹连接于入射拉杆及透射拉杆之间，调整夹持型拉伸夹具间距并再将试样缓慢推入夹持型拉伸夹具之中；步骤202：打开液压油泵，将轴压装置调至预定静荷载值；步骤203：打开加热炉，通过温控系统将温度以设定速率升高至预设温度后，使温度保持恒定；步骤204：在入射拉杆法兰处对称粘贴波形整形器，之后通过进气阀启动发射腔以试验设定的气压驱动子弹撞击入射拉杆法兰，产生压缩应力波向前传播，待压缩应力波传递至入射拉杆法兰自由端部时，反射成为入射拉伸应力波并沿着入射拉杆朝远离入射拉杆法兰的方向传播，入射拉伸应力波沿着入射拉杆传播并作用在试样上对试样进行动态拉伸加载；入射拉伸应力波传递至入射拉杆和试样端面时，由于入射拉杆和试样波阻抗不一致，部分入射拉伸应力波反射成为反射压缩应力波进入入射拉杆并沿着入射拉杆朝远离试样方向传播，剩余部分入射拉伸应力波则穿过试样传递进入透射拉杆成为透射拉伸应力波，并沿着透射拉杆继续朝远离试样方向传播；步骤205：测试过程中，通过粘贴在入射拉杆及透射拉杆中心位置表面上的电阻式应变片，采集入射拉伸应力波、反射压缩应力波及透射拉伸应力波信号；步骤206：基于测试过程采集的应力波信号，计算测试试样的动态拉伸强度、拉伸应变以及拉伸测试应变率。 8.根据权利要求6或7所述一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置的测试方法，其特征在于，所述波形整形器为橡胶或紫铜圆片，所述圆片的直径为4～6mm，厚度为0.5～1.5mm。
所属类别：	发明专利