[發(fā)明專利]分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態(tài)復(fù)合加載裝置及操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110123403.5
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112945726B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇步云;方慧青;金濤;雷建平
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/22;G01N3/02
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

1.一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態(tài)復(fù)合加載裝置，其特征在于：包括入射桿(1)、扭轉(zhuǎn)加載裝置、拉伸/壓縮加載裝置、夾持緊固機(jī)構(gòu)和同步釋放機(jī)構(gòu)；

所述拉伸/壓縮加載裝置包括水平蓄能裝置(5)、絲杠傳動裝置(6)和內(nèi)部的蝸輪蝸桿傳動裝置，所述扭轉(zhuǎn)加載裝置包括扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)、水平滑塊(3)和扭轉(zhuǎn)固定法蘭(4)；所述扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)固定于水平滑塊(3)上，所述水平滑塊(3)底面四角上設(shè)置有固定用的螺紋孔，所述扭轉(zhuǎn)固定法蘭(4)設(shè)于扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)的前端，所述扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)內(nèi)也設(shè)有蝸輪蝸桿傳動裝置，所述入射桿(1)位于扭轉(zhuǎn)加載裝置前端中心處、且與扭轉(zhuǎn)固定法蘭(4)螺紋連接，同時入射桿(1)也與扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)內(nèi)的蝸輪蝸桿傳動裝置螺紋連接；所述扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)的后端通過絲杠傳動裝置(6)與水平蓄能裝置(5)連接；

所述夾持緊固機(jī)構(gòu)包括扭轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)及水平夾持機(jī)構(gòu)，所述扭轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)包括扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)和扭轉(zhuǎn)基座(8)，所述扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)位于扭轉(zhuǎn)基座(8)上部、且通過連接螺栓(11)連接為一體，所述扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)和扭轉(zhuǎn)基座(8)之間具有一定間隙并各設(shè)有一個半圓形的凹槽，凹槽相對合起后為入射桿(1)穿過的孔；所述水平夾持機(jī)構(gòu)包括水平壓蓋(9)和水平基座(10)，所述水平壓蓋(9)位于水平基座(10)上部、且通過連接螺栓(11)連接為一體，所述水平壓蓋(9)和水平基座(10)之間也具有一定間隙并各設(shè)有一個半圓形的凹槽，凹槽相對合起后也為入射桿(1)穿過的孔；所述扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)與水平壓蓋(9)上相應(yīng)的位置分別開有與固定桿連接的圓孔；

所述同步釋放機(jī)構(gòu)包括連接桿(12)、釋放基座(13)和鑄鐵螺栓(14)，所述連接桿(12)的一端卡于扭轉(zhuǎn)基座(8)和對應(yīng)的連接螺栓(11)所形成的縫隙中，所述連接桿(12)的另一端卡于水平基座(10)和對應(yīng)的連接螺栓(11)所形成的縫隙中，所述釋放基座(13)位于連接桿(12)的中部下方，且釋放基座(13)與連接桿(12)之間留有一定間隙，所述釋放基座(13)與連接桿(12)通過鑄鐵螺栓(14)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態(tài)復(fù)合加載裝置，其特征在于：所述入射桿(1)自由端與扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)之間的桿體為桿一，長度為L₁；所述扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)與水平壓蓋(9)之間的桿體為桿二，長度為L₂；所述水平壓蓋(9)與扭轉(zhuǎn)固定法蘭(4)之間的桿體為桿三，長度為L₃；

所述扭轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)和水平夾持機(jī)構(gòu)的安裝位置由桿一的長度L₁和桿二的長度L₂決定，L₁與L₂根據(jù)扭轉(zhuǎn)波波速C_S和壓縮/拉伸波波速C_L加以確定，公式如下：

其中，E、G和ρ分別為入射桿的彈性模量、剪切模量和密度；

由公式(1)可知C_S小于C_L，因此若要求壓縮/拉伸波和扭轉(zhuǎn)波同時到達(dá)入射桿(1)的自由端，則L₁和L₂滿足如下條件：

即，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態(tài)復(fù)合加載裝置，其特征在于：為了保證壓縮/拉伸波和扭轉(zhuǎn)波具有相同的作用時間，則入射桿(1)上桿二和桿三的長度L₂和L₃滿足如下條件：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態(tài)復(fù)合加載裝置，其特征在于：所述入射桿(1)的桿一、桿二和桿三部位上均粘貼有采集動態(tài)數(shù)據(jù)信號的應(yīng)變片，所述桿一部位上的應(yīng)變片距入射桿自由端的距離大于2倍的脈沖寬度；所述桿二和桿三部位上的應(yīng)變片是為了在蓄能過程中監(jiān)測入射桿中的應(yīng)變值。

5.權(quán)利要求3所述的一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態(tài)復(fù)合加載裝置的操作方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1，檢查裝置是否正常；

S2，根據(jù)公式(1)至公式(3)，確定桿一部位的長度L₁以及桿二部位的長度L₂，以此確定扭轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)和水平夾持機(jī)構(gòu)的在入射桿(1)上的具體位置；

S3，通過扭轉(zhuǎn)壓蓋(7)和扭轉(zhuǎn)基座(8)，鎖緊扭轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)；啟動扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)儲存扭轉(zhuǎn)應(yīng)變能；

S4，通過水平壓蓋(9)和水平基座(10)，鎖緊水平夾持機(jī)構(gòu)，將連接桿(12)的一端卡于扭轉(zhuǎn)基座(8)和對應(yīng)的連接螺栓(11)所形成的縫隙中，將連接桿(12)的另一端卡于水平基座(10)和對應(yīng)的連接螺栓(11)所形成的縫隙中，鑄鐵螺栓(14)使釋放基座(13)與連接桿(12)連接，此時夾持緊固機(jī)構(gòu)與同步釋放機(jī)構(gòu)相連，旋轉(zhuǎn)鑄鐵螺栓(14)使得連接桿(12)中部向下運(yùn)動，進(jìn)而牽引連接螺栓(11)向下運(yùn)動，使得夾持緊固機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)入射桿(1)的夾緊；

S5，反向啟動扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)，釋放桿三中的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變能，使得扭轉(zhuǎn)應(yīng)變能僅儲存在桿二當(dāng)中；

S6，啟動水平蓄能裝置(5)，從而帶動扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)前后運(yùn)動，使得拉伸或壓縮應(yīng)變能僅儲存在桿三當(dāng)中；

S7，使用螺栓分別將扭轉(zhuǎn)固定法蘭(4)與扭轉(zhuǎn)蓄能裝置(2)固定，同時使水平滑塊(3)與試驗(yàn)臺采用螺栓進(jìn)行固定，以保證入射桿(1)的加載端在實(shí)驗(yàn)過程中始終保持固定狀態(tài)；

S8，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鑄鐵螺栓(14)，使其在擰緊過程中發(fā)生脆斷，釋放連接桿(12)、松動連接螺栓(11)，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)和水平夾持機(jī)構(gòu)的同步釋放，進(jìn)而使得壓縮/拉伸波和扭轉(zhuǎn)波同時到達(dá)入射桿的自由端并具有相同的作用時間。