[發明專利]分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態復合加載裝置及操作方法

有效

• 申請號: 202110123403.5
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112945726B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 蘇步云;方慧青;金濤;雷建平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/22;G01N3/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

本發明公開了一種分離式霍普金森桿拉/壓?扭動態復合加載裝置及操作方法，屬于多軸動態實驗測試技術領域。該裝置包括入射桿、扭轉加載裝置、拉伸/壓縮加載裝置、夾持緊固機構和同步釋放機構；操作方法通過拉伸/壓縮加載裝置、扭轉加載裝置和夾持緊固機構，在入射桿的不同位置分別儲存拉伸/壓縮和扭轉應變能，并利用所設計的同步釋放裝置，實現拉伸/壓縮和扭轉能量的瞬時同步釋放；還通過兩個夾持緊固機構間的距離差，彌補了因縱波和橫波波速的不一致所導致的加載不同步，實現了正應力和剪應力的同步加載。本發明可基于傳統霍普金森桿的簡單改造來實現，成本較低；還解決了傳統霍普金森桿難以進行同步復合加載的缺陷，可用于材料動態多軸力學性能的實驗測試。

技術領域

本發明屬于多軸動態實驗測試技術領域，具體為一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態 復合加載裝置及操作方法。

背景技術

在實際工程中，材料的服役環境往往非常復雜，因此復雜應力狀態下材料力學行為 的研究目前已成為相關領域的熱點，這對充分了解材料的性質有著巨大的幫助,同時對材 料和合理使用及優化設計也有著重大的意義。通常情況下，復雜加載條件(即，復雜應力狀態)下，材料的響應、變形及其破壞模式都表現出明顯不同于簡單加載情況下的特 征。然而，目前常用的動態實驗裝置(霍普金森桿裝置)只能獲得材料在單向應力狀態 下的力學響應(如：拉伸、壓縮和扭轉)，難以對復雜應力狀態下材料的力學性能展開測 試。

目前，關于復雜應力狀態下的材料力學性能測試研究主要有以下兩個方面的思路： 一方面是對實驗加載裝置進行改進，主要是通過加工不同形狀的加載墊塊(如：楔形、V型等)，進而利用斜面的幾何效應和摩擦效應實現對常規試樣的動態復合加載；另一方面則是改變試樣的形狀，將常規拉壓試樣加工成：“蝶形”、“帽型”、“斜圓柱”和壓剪試樣 (在常規圓柱試樣的圓柱面上加工兩個互相對稱且與試樣中心線呈一定傾斜角度的凹槽) 等，進一步利用幾何效應及應力集中實現材料動態復合加載，但是上述方法由于試樣形 狀復雜，因此測試時試樣應力應變狀態的均勻性難以保證。

上述的測試方法均是在一維加載裝置的基礎上，利用墊塊或試樣的幾何效應從而間 接的實現材料的動態多軸測試，并不是真正意義上的多軸加載實驗方案。太原理工大學等單位曾提出基于霍普金森扭桿的拉扭復合加載技術，該技術是在現有的霍普金森扭桿上通過附加一個能夠實現預存拉伸應變能的壓力油缸來實現拉扭復合加載，但是其缺點在于：由于縱波在固體中傳播速度大于橫波，從而導致拉伸和剪切應力波無法同時作用 于試樣；而采用更高級的電磁霍普金森桿系統，雖然理論上可以通過設計達到復合加載 的目的，但是由于技術復雜，因而造價昂貴。

所以為了克服現有分離式霍普金森桿因橫波、縱波的不同步性而無法實現拉/壓-扭復 合動態動載測試的技術缺陷，需要對于現有分離式霍普金森桿的結構進行改進。

發明內容

本發明為了解決現有分離式霍普金森桿因橫波、縱波的不同步性而無法實現拉/壓- 扭復合動態動載測試的問題，提供了一種分離式霍普金森桿拉/壓-扭動態復合加載裝置及 操作方法。