[發(fā)明專(zhuān)利]基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810017503.4
• 申請(qǐng)日: 2008-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101504347A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉龍;索濤;史嬌紅;郭偉國(guó)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/307
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/307;G01N3/24
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 慕安榮

一、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試裝置，具體說(shuō)是一種基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置。

二、背景技術(shù)：

在實(shí)際應(yīng)用中，材料的的力學(xué)性能以及破壞過(guò)程一般都是處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，即同時(shí)受到法向和切向的作用力，而其中的切向力往往對(duì)材料的破壞起著很重要的作用。因此，認(rèn)識(shí)材料在壓剪復(fù)合加載下的力學(xué)響應(yīng)特征就成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前，就動(dòng)態(tài)壓剪實(shí)驗(yàn)技術(shù)而言，目前主要有三類(lèi)：

第一類(lèi)是斜板撞擊實(shí)驗(yàn)，該技術(shù)通過(guò)氣炮進(jìn)行飛片平行撞擊加載，這種方法的缺點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有沖擊波的傳播，因此涉及到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)問(wèn)題，導(dǎo)致很難從實(shí)驗(yàn)中直觀得到材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；

第二類(lèi)是基于Hopkinson扭桿的壓扭加載技術(shù)，該技術(shù)是在現(xiàn)有的Hopkinson扭桿基礎(chǔ)上改為壓扭復(fù)合加載來(lái)實(shí)現(xiàn)壓剪加載，但其缺點(diǎn)在于壓、剪應(yīng)力波很難同時(shí)到達(dá)，不算是真正意義上的動(dòng)態(tài)壓剪加載；

第三類(lèi)是采用特殊設(shè)計(jì)的試樣，如帽形或其它形狀，利用Hopkinson壓桿對(duì)試樣進(jìn)行壓剪動(dòng)態(tài)加載，但這類(lèi)方法的缺點(diǎn)在于對(duì)實(shí)現(xiàn)了壓剪復(fù)合加載，但往往由于試樣的改造使得試樣的形狀復(fù)雜、加工困難、應(yīng)力狀態(tài)不理想，難以進(jìn)行定量化的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析。

近年來(lái)，國(guó)防科大的盧芳云等又對(duì)傳統(tǒng)的Hokinson壓桿進(jìn)行改造，提出了一種新的壓剪復(fù)合加載技術(shù)。他們將Hopkinson壓桿的入射桿的后端面由原來(lái)的平面改成兩個(gè)45°角的楔形面，用兩根垂直于楔形面安裝的透射桿取代了原來(lái)的單根透射桿，利用斜面的幾何效應(yīng)和端面摩擦效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的平面壓剪復(fù)合加載。但這種方法的缺點(diǎn)是需要使用兩根透射桿，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和占地面積。

三、發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜、占地面積大，以及試樣的形狀復(fù)雜、加工困難、應(yīng)力狀態(tài)不理想，難以進(jìn)行定量化的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析的不足，本發(fā)明提出了一種基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：在Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置上同軸順序安裝有撞擊桿、入射桿和透射桿，入射桿和透射桿之間夾有兩個(gè)相同的試樣，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)粘貼在入射桿和透射桿上的應(yīng)變片采集數(shù)據(jù)。所述的入射桿和透射桿相鄰的端頭中，入射桿的端頭為V形槽或楔形頭，透射桿的端頭為楔形頭或V形槽，即入射桿V形槽與透射桿的楔形頭配合，或者是入射桿的楔形頭與透射桿的V形槽配合；V形槽和楔形頭的斜面與入射桿和透射桿的軸線夾角相同且在30°至80°之間。兩個(gè)試樣對(duì)稱(chēng)的夾在V形槽和楔形頭的斜面之間。

本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置中，由于入射桿和透射桿相鄰的端面由傳統(tǒng)的Hopkinson壓桿的平面改成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的斜面，而且入射桿和透射桿相鄰端的斜面與桿軸向的夾角相等，因此可以將兩個(gè)相同的試樣對(duì)稱(chēng)的夾在兩根桿的斜面間。實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于斜面的幾何效應(yīng)，當(dāng)撞擊桿撞擊入射桿產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波到達(dá)入射桿與試樣接觸的端面時(shí)，原來(lái)沿桿軸向傳播的壓縮波將分解為垂直于桿端斜面的壓縮波和平行于斜面的剪切波，其中的壓縮波分量將對(duì)夾在入射桿和透射桿斜面間的試樣施加壓縮載荷，同時(shí)在端面摩擦效應(yīng)的作用下，剪切波分量也被施加在試樣上，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)試樣施加壓縮和剪切沖擊載荷。

本發(fā)明無(wú)需對(duì)Hopkinson壓桿進(jìn)行大的改動(dòng)，只需重新加工一根一端為楔形和一根一端開(kāi)有V形槽的壓桿。采用傳統(tǒng)的Hopkinson壓桿試樣即可對(duì)兩個(gè)試樣同時(shí)施加壓剪組合的沖擊載荷。設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)占地面積小，美觀大方，操作簡(jiǎn)單。

四、附圖說(shuō)明：

圖1是入射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面60°的基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是透射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面30°的基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是入射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面80°的基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是透射桿為V形槽，桿端與軸線夾角為斜面45°的基于Hopkinson桿的材料動(dòng)態(tài)雙壓剪實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1、高壓氣源??2、撞擊桿發(fā)射機(jī)構(gòu)??3、撞擊桿????4、入射桿????5、應(yīng)變片

6、試樣??????7、透射桿??????????8、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

其中：

五、具體實(shí)施方式：

實(shí)施例一