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原文传递立式霍普金森压杆试验装置及试验方法

专利名称：	立式霍普金森压杆试验装置及试验方法
摘要：	本发明涉及立式霍普金森压杆试验装置及试验方法，技术方案是，包括导向筒、入射杆、透射杆、缓冲杆和子弹，该立式霍普金森压杆试验装置还包括底座，底座两侧对称装有朝上竖直设置的侧向支撑板，两侧的侧向支撑板之间顶部装有水平的第一横向支撑板，第一横向支撑板下方，在两侧的侧向支撑板之间依次装有三组水平的第二横向支撑板，每组第二横向支撑板设置有夹持机构，每组夹持机构均夹持住对应的入射杆、透射杆或缓冲杆，入射杆表面均粘贴有第一应变片，透射杆的表面粘贴有第二应变片，本发明可以精准控制子弹撞击速度且能获得中低速的冲击速度，用于分析如煤、轻质混凝土等较低波阻抗材料动态力学性能，可以满足高、中、低速的动态实验。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南理工大学
发明人：	梁为民;龚健;赵宇;陈峰宾;王立平;李敏敏;岳高伟;蔺海晓
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910205602.3
公开号：	CN109813618A
代理机构：	郑州华隆知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	林新园
分类号：	G01N3/313(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	454150 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
主权项：	1.一种立式霍普金森压杆试验装置，包括导向筒(6)、入射杆(7)、透射杆(8)、缓冲杆(9)和子弹(21)，其特征在于，该立式霍普金森压杆试验装置还包括底座(5)，底座(5)两侧对称装有朝上竖直设置的侧向支撑板(17)，两侧的侧向支撑板之间顶部装有水平的第一横向支撑板(30)，第一横向支撑板(30)下方，在两侧的侧向支撑板之间依次装有三组水平的第二横向支撑板(19)，第一横向支撑板(30)上设置有上下贯通的导向筒安装孔(30a)，导向筒(6)上端与导向筒安装孔(30a)固定连接，导向筒(6)为上下贯通的圆形管状中空结构，导向筒(6)上方设置有定滑轮(22)，第一横向支撑板(30)上装有电机(1)，电机(1)的转动轴上装有与其配合的电磁离合器(3)，电磁离合器(3)的外周上套设有线盘(2)，钢丝绳(4)的一端与线盘(2)固定连接，另一端绕过定滑轮(22)后向下延伸并伸入导向筒(6)腔体内，伸入的一端与沿导向筒(6)滑动连接的子弹(21)上端固定连接，伸入导向筒(6)腔体部分的钢丝绳与导向筒(6)的中心线共线，导向筒(6)下部的侧壁上设置有内外贯通的观察孔(63)，观察孔(63)上方的导向筒(6)上设置有用于测量子弹撞击入射杆上端面前下落速度的激光测速传感器(16)，激光测速传感器(16)与用于显示其检测速度的激光测速仪(32)相连，每组第二横向支撑板设置有夹持机构，自上而下三组第二横向支撑板上的夹持机构分别与入射杆(7)、透射杆(8)、缓冲杆(9)一一对应，每组夹持机构均夹持住对应的入射杆(7)、透射杆(8)或缓冲杆(9)，同时，入射杆(7)、透射杆(8)、缓冲杆(9)均与导向筒呈同轴设置，入射杆(7)表面均粘贴有用于测量其应变值的第一应变片(36a)，透射杆(8)的表面粘贴有用于其应变值的第二应变片(36b)。 2.根据权利要求1所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述的夹持机构包括电动推杆(10)、力传感器(11)和卡箍，每组第二横向支撑板上均设置有上下贯通的杆通道(202)，与该夹持机构对应的入射杆(7)、透射杆(8)或缓冲杆(9)位于杆通道(202)的中心且与杆通道间隙配合，电动推杆(10)位于杆通道(202)的一侧，且电动推杆的活塞杆(101)朝向杆通道(202)方向伸出，卡箍包括固定半箍(122)和活动半箍(121)，固定半箍(122)固定在杆通道(202)另一侧，活动半箍(121)通过连接杆(21)固定在电动推杆(10)的活塞杆(101)外端，连接杆(21)与活塞杆(101)之间设置力传感器(11)，活动半箍(121)与杆通道正对侧设置第一夹持槽，固定半箍(122)的与杆通道正对侧开有第二夹持槽，第一夹持槽表面覆盖有第一摩擦片(131)，第二夹持槽表面覆盖有第二摩擦片(132)，第二摩擦片(132)与对应的入射杆、透射杆或缓冲杆的表面紧贴，伸缩活塞杆，构成对应杆夹持调节结构。 3.根据权利要求2所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，夹持机构夹持对应杆产生的摩擦力与对应杆重力的差值为对应杆重力的±0.5％以内，入射杆(7)的上端从导向筒的下口伸入导向筒的内腔且入射杆的上端面位于观察孔范围内，如图1所示，自上而下三组夹持机构对应电动推杆分别为第一电动推杆(10a)、第二电动推杆(10b)和第三电动推杆(10c)，力传感器(11)分别为第一力传感器(11a)、第二力传感器(11b)和第二力传感器(11c)。 4.根据权利要求2所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述立式霍普金森压杆试验装置还包括与力传感器(11)相对应的、用于读取力传感器荷载值的测力仪(33)，力传感器(11)的输出端与测力仪(33)的输入端相连。 5.根据权利要求2所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述立式霍普金森压杆试验装置还包括与第一应变片(36a)、第二应变片(36b)相对应的、用于读取两应变片应变值的应变仪(31)，第一应变片(36a)和第二应变片(36b)的输出端均与应变仪(31)的输入端相连；第一应变片(36a)的横向中心线与入射杆下端面的间距为子弹高度的2倍以上，第二应变片(36b)的横向中心线与透射杆(8)上端面的间距为子弹高度的2倍以上。 6.根据权利要求5所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，还包括控制箱(35)，测力仪(33)和激光测速仪(32)的显示器均装在控制箱上，控制箱上还装有分别与第一电动推杆(10a)、第二电动推杆(10b)、第三电动推杆(10c)、电机(1)、电磁离合器(3)相对应的按键，控制箱内装有控制器，控制器分别与第一电动推杆(10a)、第二电动推杆(10b)、第三电动推杆(10c)、电磁离合器(3)和按键相连，所述导向筒上端设置有用于检测子弹位置的接近开关(24)，控制器通过接近开关(24)与电机的输入端相连。 7.根据权利要求1所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述电磁离合器(3)与电机(1)转轴(1a)之间的压紧力解除后，钢丝绳完成松开，子弹沿导向筒轴向下落到极限位置时，子弹的下端面低于导向筒观察孔的下沿或与导向筒观察孔的下沿齐平。 8.根据权利要求1所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述的定滑轮(22)转动连接在位于导向筒安装孔两侧滑轮支架(23)上，两侧滑轮支架(23)之间连接有位于定滑轮(22)正上方的挡板(28)。 9.根据权利要求1所述的立式霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述的观察孔(63)上方的侧壁上沿高度方向均布有多组透气孔(61)，透气孔位于同一横截面同一直径两端的两个为一组，最上方一个透气孔上方装有子弹拆装口(62)。 10.一种基于权利要求6所述立式霍普金森压杆试验装置的低波阻抗材料应力应变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：一、标定 a、沿与入射杆对应的第二横向支撑板上的杆通道上下滑动入射杆，使入射杆上端面位于导向筒下部的观察孔范围内，并与子弹下端面接触，启动第一推杆电机，压紧固定入射杆； b、沿与透射杆对应的第二横向支撑板上的杆通道上下滑动透射杆，使透射杆上端面与入射杆的下端面紧贴，启动第二推杆电机，压紧固定透射杆； c、沿与缓冲杆对应的第二横向支撑板上的杆通道上下滑动缓冲杆，使缓冲杆上端面与透射杆的下端面紧贴，启动第三推杆电机，压紧固定缓冲杆； d、通过调节第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机正转或反转，观察测力仪(33)的显示器，使各个夹持机构夹持对应杆产生的摩擦力与对应杆重力的差值为对应杆重力的±0.5％以内； e、开启电磁离合器，夹紧电机的转轴，启动电机，钢丝绳带动子弹沿导向筒内腔向上滑动至指定位置； f、打开电磁离合器，电磁离合器松开电机的转轴，钢丝绳失去拉力，子弹在导向筒内自由落体下降撞击入射杆，激光测速仪通过激光测速传感器采集子弹接触到入射杆的速度V0，通过第一应变片、第二应变片以及应变仪测出贴在入射杆上第一应变片输出的入射杆入射波的电压峰值为Vi0、贴在透射杆上第二应变片输出透射杆的投射波的电压峰值为Vt0； g、修订电压和应变转换系数通过公式计算入射杆、透射杆电压和应变转换系数ηi、ηt；其中V0为子弹接触到入射杆的速度； C0为应力波在杆件中的传播速度； V为应变仪测出贴在入射杆、透射杆上电阻应变片输出的电压峰值，分别Vi0、Vt0；二、测试 a、沿与入射杆对应的第二横向支撑板上的杆通道上下滑动入射杆，使入射杆上端面位于导向筒下部的观察孔范围内，并与子弹下端面接触，启动第一推杆电机，压紧固定入射杆； b、沿与透射杆对应的第二横向支撑板上的杆通道向下滑动透射杆，将试件(37)放置在透射杆的上端面，向上滑动透射杆，使试件(37)上端面与入射杆的下端面紧贴，启动第二推杆电机，压紧固定透射杆； c、沿与缓冲杆对应的第二横向支撑板上的杆通道上下滑动缓冲杆，使缓冲杆上端面与透射杆的下端面紧贴，启动第三推杆电机，压紧固定缓冲杆； d、通过调节第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机正转或反转，观察测力仪(33)的显示器，使各个夹持机构夹持对应杆产生的摩擦力与对应杆重力的差值为对应杆重力的±0.5％以内； e、开启电磁离合器，夹紧电机的转轴，启动电机，钢丝绳带动子弹沿导向筒内腔向上滑动至指定位置； f、打开电磁离合器，电磁离合器松开电机的转轴，钢丝绳失去拉力，子弹在导向筒内自由落体下降撞击入射杆，激光测速仪通过激光测速传感器采集子弹接触到入射杆的速度V0，通过第一应变片、第二应变片以及应变仪测出贴在入射杆、透射杆上的应变片输出的电压峰值分别Vi、Vr、Vt；Vi是第一应变片输出的入射杆入射波的电压峰值，Vr第一应变片输出的入射杆反射波的电压峰值，Vt第二应变片输出透射杆的投射波的电压峰值；三、数据处理将入射杆测出的电压峰值Vi通过公式εi＝ηi×Vi转化成入射波应变εi 将透射杆测出的电压峰值Vr通过公式εr＝ηi×Vr转化成入射波应变εr，将透射杆测出的Vt通过公式εt＝ηt×Vt转化成入射波应变εt；通过公式：得到试件在动载荷作用下应力应变，从而掌握材料的动态本构关系。
所属类别：	发明专利