[實(shí)用新型]用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的試件溫度控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320713527.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN203551408U
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉石;許金余;陳騰飛;王鵬;方新宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/30
• 分類號(hào): G01N3/30;G01N3/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料高溫動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，具體是一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的試件溫度控制裝置。

背景技術(shù)

利用霍普金森壓桿進(jìn)行材料高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測試，有兩種途徑：

一是需將試件以及小部分波導(dǎo)桿放入高溫加熱裝置中同時(shí)進(jìn)行加熱。名稱為“SHPB裝置應(yīng)用于測量高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究”的文章（夏開文等，實(shí)驗(yàn)力學(xué)，1998，Vol.13，第3期，PP.307-313）公開了一種附有恒溫加熱爐的SHPB裝置，利用一維應(yīng)力波傳播理論和傳熱學(xué)原理，對(duì)材料的高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了測量。利用該裝置進(jìn)行的高溫動(dòng)力試驗(yàn)，將不可避免地在輸入、輸出桿上形成溫度梯度，而溫度梯度的存在將對(duì)測量精度產(chǎn)生一定影響，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，需采取各種方式對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的修正，需要測試壓桿中的溫度分布，而且由于在試驗(yàn)過程中加溫、短時(shí)保溫以及降溫的反復(fù)過程會(huì)改變壓桿的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響壓桿的力學(xué)性能，所以極大地增加了數(shù)據(jù)處理的困難。

二是波導(dǎo)桿與試件進(jìn)行分離，只對(duì)試件進(jìn)行加熱。名稱為“SHPB裝置應(yīng)用于測量高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究”的文章（張方舉等，實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2005，Vol.20，第2期，PP.281-284）公開了一套SHPB系統(tǒng)高溫實(shí)驗(yàn)自動(dòng)組裝裝置，實(shí)驗(yàn)前對(duì)試件加熱并自動(dòng)保溫，波導(dǎo)桿則置于加熱爐外，實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)組裝，但實(shí)驗(yàn)的同步對(duì)接較為困難。另外，名稱為“用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置”的發(fā)明專利（專利號(hào)：ZL200610021096.5）描述了一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，試驗(yàn)前保持桿件與試件處于隔離狀態(tài)，試驗(yàn)時(shí)減少桿件與試件的接觸時(shí)間，但對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作要求較高。

與第一種實(shí)驗(yàn)方法相比，第二種方法數(shù)據(jù)處理簡單，可實(shí)現(xiàn)的加熱溫度范圍大，得到了較為廣泛的應(yīng)用。名稱為“用于霍普金森壓桿試驗(yàn)的加熱裝置”的發(fā)明專利（專利號(hào)：ZL201110189838.6）公開了一種用于霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的加熱裝置，通過對(duì)加熱爐方向的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了桿件與試件的定位及加熱，但存在以下三個(gè)缺陷：

1.試件在從高溫加熱裝置轉(zhuǎn)移至霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)裝置過程中因遠(yuǎn)離熱源而造成的溫度降低無法得到有效控制；

2.沖擊加載實(shí)驗(yàn)中，與高溫試件的接觸造成桿件中依然存在溫度梯度，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的可靠性及有效性；

3.高溫試件與霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)裝置的對(duì)接定位，以及由于試件及加熱裝置的高溫導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性和人員的危險(xiǎn)性增加。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的試件轉(zhuǎn)移過程中的溫度降低，與高溫試件接觸所造成的桿件中的溫度梯度，高溫試件與實(shí)驗(yàn)裝置的對(duì)接定位導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜，以及存在安全隱患的不足，本發(fā)明提出了一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的試件溫度控制裝置。

本發(fā)明包括夾持機(jī)構(gòu)、隔熱機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)。所述的夾持機(jī)構(gòu)、兩套隔熱機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立、聯(lián)合使用。其中：

所述夾持機(jī)構(gòu)包括夾具、連接外罩和保溫內(nèi)罩。在該夾具夾桿的夾持端的內(nèi)側(cè)分別有中空的半球形連接外罩，并且兩個(gè)連接外罩的開口相對(duì)。在連接外罩空腔的內(nèi)壁上分別黏貼有保溫內(nèi)罩。所述保溫內(nèi)罩為殼體，采用耐高溫性能優(yōu)良的碳纖維保溫硬氈制成，其形狀與連接外罩空腔的形狀相適應(yīng)。所述保溫內(nèi)罩的內(nèi)腔略大于1/2試件的外形尺寸。

所述隔熱機(jī)構(gòu)包括支撐擋板、轉(zhuǎn)軸、隔熱閥板、固定板和固定桿。隔熱閥板嵌裝在支撐擋板的一個(gè)表面上。隔熱閥板通過軸承安裝在轉(zhuǎn)軸上。該轉(zhuǎn)軸的一端固定在管式加熱爐兩端的端面上。固定板亦固定在管式加熱爐兩端的端面上，并使固定板上的卡槽與固定在隔熱閥板另一個(gè)表面下邊緣處的固定桿對(duì)應(yīng)。

所述定位機(jī)構(gòu)由一組墊塊、一組底座和兩個(gè)推桿組成。底座固定在墊塊的下表面，用于將墊塊固定在管式加熱爐端面的爐膛口處。在推桿一端的端頭處有半圓形的推板。

所述支撐擋板的外徑大于管式加熱爐兩端的爐膛口；支撐擋板的內(nèi)徑與隔熱閥板的最大外徑相同，并使隔熱閥板嵌裝入該支撐擋板的內(nèi)孔后，兩者之間干涉配合，從而將所述隔熱閥板固緊在支撐擋板內(nèi)。在支撐擋板一側(cè)圓周表面有徑向凸出的連接耳片。在所述連接耳片上有轉(zhuǎn)軸的安裝孔。

所述隔熱閥板采用耐高溫性能優(yōu)良的碳纖維保溫硬氈制成。隔熱閥板共三層，呈塔狀，第一層和第二層為圓柱，第三層為角度為60°的圓錐臺(tái)。隔熱閥板第一層的直徑與管式加熱爐兩端爐膛口的內(nèi)徑相同，第二層的直徑略小于第一層的直徑，第三層的底面直徑與第二層的直徑相同。三層隔熱閥板同心。以使隔熱閥板7與管式加熱爐緊密貼合。