[發明專利]一種散體材料三軸霍普金森徑向位移測量裝置

在審

• 申請號: 202310182800.9
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN116223251A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 呂亞茹;吳琳;王媛;蘇宇宸;蘇泓瑜
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/02;G01N3/06;G01B21/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 周雅

本發明公開了一種散體材料三軸霍普金森試驗徑向變形的測量裝置、包括固定底座和安裝在其上的位移傳感器和位移傳動裝置，位移傳感器穿過固定底座的通孔與位移傳動裝置固定連接，所述位移傳動裝置包括活塞軸、滑套和定位套。滑套包括上空腔、下空腔和位于上下空腔過渡處的若干個孔洞。本發明通過在滑套中部預留孔洞，實現位移傳動裝置與圍壓室內的壓力平衡，避免了圍壓加載時因壓力上升而非試樣變形導致活塞軸向外滑動的情況；還通過在活塞軸的內凹槽安裝格萊圈解決了活塞軸傳遞位移時因滑動導致的密封問題。試樣受壓后徑向變形通過位移傳動裝置傳遞至位移傳感器，實現散體材料三維沖擊試驗試樣徑向變形的測量，為推動散體材料沖擊試驗提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及位移測量裝置，尤其涉及一種散體材料三軸霍普金森徑向位移測量裝置。

背景技術

霍普金森壓桿(SplitHopkinson-KolskyPressureBar，簡稱SHPB)裝置是研究材料在中高應變率下力學響應的主要方法之一，可以實現10²-10⁴/s應變率加載試驗。主動圍壓SHPB試驗技術參考了三軸液壓(準靜態)加載系統的思路，通過限位器對入射桿進行固定，在透射桿末端增加軸壓室，在試樣周圍增加圍壓室，沖擊試驗前通過軸壓室和圍壓室對試樣施加初始壓力。現有的兩種主動圍壓SHPB實驗方法僅適用于混凝土、巖石等塊體材料。對于砂土、玻璃球等散體材料，其力學特性具有高度的應力狀態依賴性。以土體為例，天然土體本身處于某一應力狀態下，應力狀態直接決定土體的剪漲、剪縮性能，高應力狀態下可通過顆粒破碎影響土骨架特性。

然而，散體材料三軸SHPB試驗尚存在壁壘：首先，不能實現恒定圍壓，主要原因是沖擊荷載施加過程中壓力迅速變化，尚無如此靈敏可迅速調整的壓力系統；其次，現有的三軸SHPB試驗系統尚無國際認可的徑向應力和徑向變形測試方法；再者，試樣的排水、排氣邊界不能控制。

專利CN2022102048048公開了一種散體材料三軸霍普金森圍壓加載裝置，通過內置密封鑲套，受壓收縮后抱緊壓桿，形成密封，實現散體材料的三維沖擊加載通過研發一種散體材料三軸霍普金森圍壓加載裝置，解決了圍壓系統問題。但無法測量徑向變形就無法得到試樣的剪切變形和體積變形，因此攻克散體材料主動圍壓SHPB沖擊試驗徑向位移測量技術至關重要。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種可以實現散體材料三維沖擊加載的徑向變形測量的三軸霍普金森徑向位移測量裝置。

技術方案：本發明所述的散體材料三軸霍普金森徑向位移測量裝置，包括固定底座和安裝在其上的位移傳感器和位移傳動裝置，位移傳感器穿過固定底座的通孔與位移傳動裝置固定連接，所述位移傳動裝置包括活塞軸、摩擦片和從上往下依次套設在活塞軸上的滑套及定位套，活塞軸包括外徑依次減小的第一段、第二段和第三段，第一段頂部設有第一內凹槽，底部垂直徑向延伸有第一密封邊緣和第二密封邊緣，兩個密封邊緣中間設有第二內凹槽，第二段底部設有第三內凹槽，上述三個內凹槽內均放有用于密封的格萊圈，第一段和第二段內開有帶內螺紋的通腔，用于調節位移傳感器的高度位置，第三段內開有帶內螺紋的空腔，用于安裝摩擦片，摩擦片的接觸板貼近試樣；所述滑套包括內徑依次增大的上空腔、下空腔、末端接口和位于上下空腔過渡處的若干個孔洞；上空腔內徑與第一段的外徑相同，下空腔內徑與第一密封邊緣外徑相同，末端接口內設螺紋與定位套的頂部外螺紋連接；開始SHPB三軸試驗的沖擊過程中，試樣發生徑向變形，通過位移傳動裝置傳遞給位移傳感器，測量試樣徑向，其中，位移傳動裝置的活塞軸的第三段在定位套內滑動，第二段在定位套和滑套內滑動，第一段在滑套內滑動。因為滑套預留孔洞，圍壓加載時水或者油可通過孔洞進入位移傳動裝置中滑套內部，使得位移傳動裝置內部與圍壓腔內的壓力相同，所述活塞軸不會因為圍壓加載時壓力上升而向外移動。

進一步的，所述固定底座包括法蘭和安裝在法蘭上的位移傳感器支座及排水閥門，排水閥門下方還開有排水孔，法蘭上的位移傳感器安裝孔包括第一通孔和滑套接口，滑套接口與滑套的頂部的外螺紋相連。所述法蘭上設置有排水孔和閥門接口，可使圍壓裝置內部完全為水壓且沒有空氣。