[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202011385660.8
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112539992B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 寧建國;李壯;王俊;沈圳;楊書浩
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡;王楠

本發(fā)明涉及霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置及其實驗方法，屬于力學(xué)特性測試領(lǐng)域，裝置包括桁架，桁架一側(cè)設(shè)有入射桿，桁架上設(shè)有調(diào)速電機，調(diào)速電機輸出軸上設(shè)有連接桿，連接桿末端設(shè)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，通過改變子子彈的數(shù)量以及子子彈之間的間距獲得實驗需要的脈沖數(shù)量及脈沖間隔，可以在現(xiàn)有以壓縮空氣作為動力分離式霍普金森壓桿實驗系統(tǒng)升級改造，適應(yīng)性廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置及其實驗方法，屬于采用SHPB實驗系統(tǒng)進行脆性材料動態(tài)力學(xué)特性測試的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著工程建設(shè)領(lǐng)域的不斷擴大與發(fā)展，許多結(jié)構(gòu)在工程中常常經(jīng)歷多次動載沖擊，而不是單一動載沖擊，如煤礦支護結(jié)構(gòu)承受多次動載沖擊，海岸港口構(gòu)件多次受到海浪沖擊作用，地震期間多次的縱波沖擊作用，因此，研究多次連續(xù)動載沖擊下材料的力學(xué)特性有著現(xiàn)實的意義。傳統(tǒng)的分離式霍普金森壓桿是研究煤巖體等脆性材料受高應(yīng)變率(10²～10⁴)動載沖擊時最常用的實驗裝置，可以實現(xiàn)單脈沖加載，利用高速動態(tài)信號采集儀采集貼在入射桿和透射桿上應(yīng)變片的應(yīng)變信號，計算出巖石類脆性實驗材料的動態(tài)性能。但傳統(tǒng)以壓縮空氣為動力的加載方式，由于結(jié)構(gòu)的限制難以實現(xiàn)多脈沖加載。且以壓縮空氣為動力由于子彈位置難以恒定確定以及壓縮空氣氣壓不穩(wěn)定的原因，難以實現(xiàn)子彈以恒定的速度施加動載，給對照實驗條件的設(shè)定增加了難度。

專利號為CN109323938的發(fā)明專利公布了一種應(yīng)用霍普金森壓桿的多級子彈自動裝填發(fā)生裝置。該裝置利用電磁裝置頂推裝置將第一顆子彈裝入發(fā)射管道內(nèi)，隨后，當?shù)谝活w子彈在發(fā)射裝置產(chǎn)生的高壓推力下發(fā)射時，一部分高壓氣流進入回流管道，并驅(qū)動頂推裝置將第二顆子彈推入發(fā)射管道，如此往復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)多級子彈的自動裝填。該方法可以是實現(xiàn)對試件多脈沖加載，但該裝置子彈必須在彈筒內(nèi)單一通過，使用該裝置經(jīng)行多脈沖加載試驗時無法減少脈沖之間的時間間隔，而由于該裝置的動力源為壓縮空氣，受壓力不恒定的影響而無法實現(xiàn)子彈以相同的速度加載。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)采用壓縮空氣作為動力的分離式霍普金森壓桿試驗系統(tǒng)只能進行單脈沖加載以及上述發(fā)明的局限性，本發(fā)明提出了一種利用可調(diào)速電機作為動力的霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置及其實驗方法，可以通過改變子子彈的數(shù)量以及子子彈之間的間距獲得實驗需要的脈沖數(shù)量及脈沖間隔。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

霍普金森壓桿實驗多級脈沖加載裝置，包括桁架，桁架一側(cè)設(shè)有入射桿，桁架上設(shè)有調(diào)速電機，調(diào)速電機輸出軸上設(shè)有連接桿，連接桿末端設(shè)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。

所述可調(diào)速電機為使用交流-直流-交流變頻器的變頻調(diào)速電機，該方式通過改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。使用該方法實現(xiàn)調(diào)速具有效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；調(diào)速范圍大，特性硬，精度高的優(yōu)點。

所述連接桿用于連接電機轉(zhuǎn)軸和子彈，用于獲得電機的動能，并將所獲得動能傳遞到子彈端。

優(yōu)選的，子彈組合包括外部導(dǎo)軌，外部導(dǎo)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(dǎo)軌固定連接，活動子彈與外部導(dǎo)軌活動連接。活動子彈可沿外部導(dǎo)軌移動、與前方固定連接的子彈撞擊形成多級脈沖。

優(yōu)選的，彈體包括圓柱形或紡錘型。子彈可以根據(jù)實驗要求更換不同材質(zhì)、形狀、尺寸的子彈，以獲得各種沖擊強度以及加載波形。

進一步優(yōu)選的，彈體為圓柱形時，入射桿與子彈組合接觸的一端設(shè)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(xiàn)常應(yīng)變率加載，材料為黃銅H62。

進一步優(yōu)選的，外部導(dǎo)軌兩側(cè)設(shè)有滑軌，活動子彈的彈體兩側(cè)設(shè)有側(cè)翼，側(cè)翼位于滑軌內(nèi)。

進一步優(yōu)選的，滑軌內(nèi)設(shè)有鋼珠，用于減小側(cè)翼與滑軌之間的摩擦力。