[發明專利]霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 202011385660.8
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112539992B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 寧建國;李壯;王俊;沈圳;楊書浩
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡;王楠

1.霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，包括桁架，其特征在于，桁架一側設有入射桿，桁架上設有調速電機，調速電機輸出軸上設有連接桿，連接桿末端設有子彈組合，子彈組合包括至少兩個子彈，子彈之間定向相互移動，子彈組合用于提供多脈沖加載；

輸出軸上設有轉速監測儀；

連接桿兩側的桁架上設有激光開關，包括激光發射元件和激光接收元件，用以定位連接桿的水平位置；

輸出軸上套設有推移構件，推移構件為伸縮圓盤，推移構件兩端與輸出軸之間設有軸承，推移構件一端與連接桿固定連接，推移構件內部設有推移彈簧，推移彈簧連接至內部一端的電磁閥上，推移彈簧初始為壓縮狀態；

輸出軸末端通過軸承支架與桁架連接，軸承支架與連接桿之間設有彈簧。

2.根據權利要求1所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，其特征在于，子彈組合包括外部導軌，外部導軌為框體，子彈包括彈體，子彈包括固定子彈與活動子彈，固定子彈與外部導軌固定連接，活動子彈與外部導軌活動連接。

3.根據權利要求1所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，其特征在于，彈體形狀包括圓柱形或紡錘形；

彈體為圓柱形時，入射桿與子彈組合接觸的一端設有波形整形器，為直徑比入射桿直徑小的薄圓柱體，用以使加載波形實現常應變率加載。

4.根據權利要求2所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，其特征在于，外部導軌兩側設有滑軌，活動子彈的彈體兩側設有側翼，側翼位于滑軌內。

5.根據權利要求4所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，其特征在于，滑軌內設有鋼珠。

6.根據權利要求5所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，其特征在于，滑軌內設有螺栓，螺栓與滑軌螺紋連接。

7.根據權利要求1所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，其特征在于，調速電機通過電機支架與桁架固定連接；連接桿一端設有方形連接孔，連接桿通過方形連接孔套設于輸出軸上。

8.霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置的實驗方法，采用如權利要求1所述裝置，包括步驟如下：

第一步，設計實驗方案，根據實驗方案確定電機的轉速，選擇合適的子彈數量以及子彈之間的間距；

第二步，將應變片粘貼在入射桿與透射桿合適的位置，后將待測試件加工成符合霍普金森壓桿實驗要求的圓柱形，后將試件放置并固定在入射桿與透射桿之間；

第三步，安裝并調整好調速電機位置，打開高速動態信號采集儀，高速動態信號采集儀用于采集應變片的電壓信息，打開可調速電機；

第四步，轉速監測儀接收到輸出軸的轉速信號，等達到設定的轉速值電機勻速轉動，激光開關獲得連接桿確定位置后使推移構件工作，連接桿及子彈向入射桿端所在平面移動，子彈在運動到水平的瞬間與整形器相撞，同時激光開關獲得第二次信號，調速電機電源關閉；

第五步，由計算機保存高速動態信號采集儀采集到的應變片的電壓信息，形成多重脈沖加載的應力波曲線；

第六步，將子彈及連接桿回歸到初始位置，將試件取出，清理試驗臺；

第七步，處理由計算機儲存的應力波數據，通過積分獲得試件的應力、應變、應變率及能量信息。

9.根據權利要求8所述的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置的實驗方法，其特征在于，第一步中，子彈數量與設定的脈沖級數一致，撞擊速度為V，多級脈沖間隔時間為T，T＝T₁,T₂,...，連接桿的長度為L₁，則電機轉速為:W＝V/L₁，子彈之間的間距為L₂，L₂＝T×V。