[發明專利]一種用于SHPB沖擊試驗的多級緩沖裝置

在審

• 申請號: 201710979159.6
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107740841A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 張聰;朱珍德;朱姝;吳楠;孔洋;田源;周耀珺;龔超;陳會官;牛子豪
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/023;F16F15/04;F16F15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉靜

技術領域

本發明涉及用于SHPB沖擊試驗的多級緩沖裝置，屬于巖石動力學分離式霍普金森桿(SHPB)室內試驗領域。

背景技術

分離式霍普金森桿(以下簡稱SHPB)試驗是研究巖石動態作用下力學特性的重要手段之一，目前，對于該試驗的研究也已逐漸深入，并取得了豐碩的研究成果。但是，由于巖石試樣密度大，試驗過程中入射桿、反射桿和透射桿的速度較快，對于試驗器材和試驗人員來說具有諸多不穩定因素。

試驗過程中，常見的緩沖裝置包括彈簧緩沖裝置、液壓緩沖裝置等，其中，彈簧緩沖裝置是將試驗過程中試樣的動能轉化成彈簧的彈性勢能，液壓緩沖裝置則是利用油液的粘性阻尼作用，將動態沖擊能量吸收轉化為油液熱能等并進行消化散掉。隨著試驗難度的加大，逐漸暴露出能量存儲形式單一、沖擊方向緩沖效果不理想、裝置難以復位或是復位難以控制等問題，影響試驗過程并對造成試驗結果的嚴重誤差。肖三霞，蔣國平(2014年04月30日)提出了一種分離式霍普金森壓桿實驗緩沖裝置，該裝置采用兩柱形彈簧作為緩沖結構的主要形式，通過活塞和活塞桿實現試驗過程中的緩沖作用，結構簡單，成本較低。但是，在高應變率下的SHPB試驗，桿件速度較快，作用時間較短，僅靠彈簧和活塞筒作為緩沖結構，不能完成起到緩沖作用，況且高速作用下，彈簧和活塞筒容易發生變形和破壞，對試驗數據的采集和整個試驗過程產生較大的不利影響；此外，該專利對反射桿撞擊過程中，動能轉化的能量沒有進行處理，極易造成實驗儀器和實驗室的破壞，并對實驗人員產生潛在的威脅。目前，在SHPB試驗過程中，尚沒有很好的能夠實現試驗桿件的緩沖、復位以及風險規避的緩沖裝置。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于SHPB沖擊試驗的多級緩沖裝置，具有安全快捷、操作簡單等特點，解決SHPB沖擊試驗過程中反射桿件高速作用下的造成的基座破壞、對入射桿的二次撞擊破壞、桿件動能無法吸收和轉換等問題，避免沖擊試驗過程中沖擊爆炸等危險事故的發生，保證SHPB沖擊試驗安全、高效進行。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種用于SHPB沖擊試驗的多級緩沖裝置，包括承壓緩沖系統、液壓箱體結構和薄壁管件吸能結構，所述承壓緩沖系統包含緩沖外筒、橡膠緩沖層、第二級緩沖裝置和撞擊桿端頭，所述緩沖外筒內依次設有橡膠緩沖層、撞擊桿端頭、第二級緩沖裝置，所述液壓箱體結構包含壓縮圓盤和壓縮箱，壓縮圓盤與第二級緩沖裝置連接，壓縮圓盤在壓縮箱內移動，所述薄壁管件吸能結構包含液壓箱、薄壁管件吸能結構層和無損移動盤，所述液壓箱內設有兩層薄壁管件吸能結構層，每層薄壁管件吸能結構層均與無損移動盤連接，兩個無損移動盤形成了空腔，空腔與壓縮箱連通；入射桿的撞擊作用使得反射桿以一定速度沖擊橡膠緩沖層，沖擊力傳遞到撞擊桿端頭，撞擊桿端頭作用于第二級緩沖裝置上，第二級緩沖裝置壓迫壓縮圓盤移動，壓縮圓盤移動壓縮空腔內的氣體體積，從而帶動無損移動盤移動，無損移動盤壓迫薄壁管件吸能結構層，薄壁管件吸能結構層吸取沖擊的能量。

作為優選，所述第二級緩沖裝置包含三個彈簧，彈簧的一端與壓縮圓盤連接，彈簧另一端與撞擊桿端頭連接。

作為優選，所述橡膠緩沖層的材料為天然橡膠材料。

作為優選，所述薄壁管件吸能結構層包含若干個吸能塊，吸能塊的頂部為正方形，吸能塊的側面為等腰梯形與等腰三角形，等腰梯形與等腰三角形交替分布，吸能塊的底邊為八邊形，相鄰的吸能塊通過焊接連接，形成蜂窩狀的三維立體空間結構。

作為優選，所述薄壁管件吸能結構層的材料為HDPE片材料。

在本發明中，所述橡膠緩沖層采用聚異戊二烯為主的天然橡膠材料(NR)，直徑為30cm的圓柱體結構嵌套在第二級緩沖外筒，與撞擊桿端頭共同承壓。所述第二級緩沖裝置通過3套性能相同的高壓縮性彈簧將撞擊桿端頭與連接壓縮圓盤相連接，彈簧結構為直徑10cm的圓形，彈簧結構的圓心為以第二級緩沖外筒的圓心為中心的正邊三角形的端點。所述壓縮箱壁、液壓箱壁、液壓箱無損移動盤均為光滑界面，移動過程中無摩擦力作用。所述薄壁管件吸能結構層材料為強化的HDPE片材料，為正三邊形與梯形通過強力焊接而形成的三維網狀格室結構，結構層與液壓箱無損移動盤、液壓箱壁均為焊接連接。所述橡膠底層緩沖層設置為4cm，位于液壓箱壁內側并與薄壁管件吸能結構層、液壓箱無損移動盤連接，保護由于液壓過大造成的緩沖裝置的底部破壞。