[發明專利]T形霍普金森扭桿裝置

有效

• 申請號: 201310373165.9
• 申請日: 2013-08-24
• 公開（公告）號: CN103471938A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 姜錫權;肖桂鳳;方文敏;葉艾;房凌暉;周迎春;鄭翔玉;張開閂
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍軍官學院
• 主分類號: G01N3/26
• 分類號: G01N3/26
• 代理公司: 安徽信拓律師事務所 34117
• 代理人: 婁爾玉

技術領域：

本發明涉及材料動態力學性能實驗設備領域，尤其涉及一種T形霍普金森扭桿裝置。

背景技術：

分離式霍普金森桿是一種研究一維應力狀態下材料動態力學性能的有效實驗裝置。自從1949年Kolsky發明分離式霍普金森壓桿裝置并用其研究一維應力狀態下材料動態力學性能以來，動態壓縮實驗技術不斷提高。對某些材料而言，其動態拉伸性能比其動態壓縮性能更加重要。但是，由于動態拉伸設備的高度復雜性，分離式霍普金森拉桿雖有長足的發展，但至今還沒有一種比較理想的研究材料動態拉伸性能的實驗設備。有時研究者更為關心材料的動態抗剪能力，因而在70年代T.Nicholas等人發明了預貯能型分離式霍普金森扭桿。所謂預貯能型分離式霍普金森扭桿是將扭轉入射桿一分為二，其中一端有便于加外力矩（載荷）的旋轉頭（此段稱為預扭段），另一端則與試件相連。在分界處用一抱緊式夾具（其中主要件是一中部開有環狀V形槽的螺栓）將桿夾住，阻止其扭轉。用千斤頂或其它裝置將旋轉頭旋轉從而對預段扭轉加載，在這一段上預貯扭轉能量。當預貯能量值達到實驗者期望值時，實驗者迅速釋放夾持機構，預加載段的能量（應力、應變）以波的形式傳向入射桿的未加載段形成扭轉加載波。采用這種方式的主要不足之處有：

1.夾緊裝置很難將桿完全夾住而不發生旋轉，往往在加載過程中要不斷去加強夾緊力（進一步擰緊螺栓），以阻止旋轉滑動。在此過程中常常會發生螺栓突然斷裂，致使該次實驗失敗。

2.這種預貯能式扭桿在實驗是通過擰斷中部開有環狀V形槽的螺栓釋放夾具，而擰斷螺栓的過程具有很大的隨機性，嚴重影響波形的實驗條件的重復性。

以上兩個不足是制約預貯能型分離式霍普金森桿發展的主要原因。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種新型分離式的T形霍普金森扭桿裝置，以滿足進行材料動態扭轉實驗的需要。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

一種T形霍普金森扭桿裝置，包括霍普金森壓桿，其特征在于：所述霍普金森壓桿通過T形扭轉波導桿連接扭轉入射桿，所述T形扭轉波導桿與扭轉入射桿之間通過水平設置的動態載荷分離器連接，還包括與扭轉入射桿同軸設置的扭轉透射桿。

所述扭轉入射桿和扭轉透射桿通過支撐軸承支撐。

所述霍普金森壓桿包括壓桿發射器、從壓桿發射器發射出的子彈、受子彈撞擊的壓縮入射桿，T形扭轉波導桿介于壓縮入射桿和壓縮透射桿之間。

所述T形扭轉波導桿包括豎直部分與水平部分，豎直部分下端與霍普金森壓桿連接，所述水平部分與扭轉入射桿同軸連接。

所述豎直部分下端法線與壓縮桿系軸線重合的側表面與霍普金森壓桿桿系接觸部分的形狀和尺寸與壓縮桿系的橫截面形狀和尺寸相同并與壓縮入射桿及透射端面密切耦合。

所述動態載荷分離器，一端與T形扭轉波導桿相連，另一端與扭轉入射桿相連；動態載荷分離器只能傳遞扭轉載荷，而隔離了其它動態載荷，保證只有扭轉波傳入扭轉入射桿。

發射器以一定速度發射一個子彈（撞擊桿）撞擊壓縮入射桿，在其中形成一個壓縮波；當此壓縮波傳播到壓縮入射桿的另一端（非撞擊端）時傳給與其接觸的T形扭轉波導桿的下端水平部分，并透過T形扭轉波導桿在壓縮透射桿中傳播。在T形扭轉波導桿的豎直部分下端質點的沿壓縮桿系軸向的運動形成一個自下向上傳播的橫向剪切波和彎曲波。此波傳到T形扭轉波導桿的上端水平部分時便在其中形成了橫向剪切、彎曲和扭轉波，這個組合波經過動態載荷分離器后，只有扭轉波繼續在扭轉入射桿傳播。當扭轉波傳到試件（試件安裝在扭轉入射桿與扭轉透射桿之間）界面時，一部分反射回扭轉入射桿，一部分透射到扭轉透射桿中，分別記錄扭轉入射桿和扭轉透射桿中的波形，按照霍普金森桿的理論便可分析計算得到試件材料在一定應變率下扭轉應力應變曲線。

本發明提供的T形霍普金森扭桿裝置，可以用于材料的動態扭轉實驗，實驗穩定性好，解決了傳統實驗裝置操作不方便，實驗易失敗的缺陷，提高波形實驗條件的可重復性。

附圖說明：

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式：

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明，但不是用來限制本發明的保護范圍。