[实用新型]一种Hopkinson杆冲击剪切实验装置

说明书

所属技术领域

本实用新型属于材料性能测试技术领域，涉及材料动态力学性能试验技术，特别涉及Hopkinson杆冲击剪切试验技术。 

背景技术

冲击过载失效和高速冲击侵彻破坏，是兵器防护材料、结构部件在服役中所面对的主要威胁之一，冲击剪切失效破坏则是材料部件所要抵御的关键破坏形式。装甲抗侵彻、抗冲击侵彻失稳与破坏，很大程度上是由法向冲击压应力和冲击剪应力的压剪复合加载所造成的。准确可靠的实现高应变率下材料冲击剪切性能的试验与表征，获得冲击剪切下材料动态性能参数，对防护结构设计、抗侵彻过载计算模拟和安全评估都是十分重要的。 

获得材料动态剪切性能的方法多种多样，如飞片冲击压剪试验技术、Hopkinson扭杆试验技术、Hopkinson压剪冲击试验技术等。基于一维分离式Hopkinson压杆（SHPB）试验技术，改造建立的分离式冲击剪切杆系统（Split Hopkinson Bar Punch Shear,简称SHBPS）是进行材料动态剪切性能表征的有效方法，其设计和实现出现了多种形式。 

梅叶尔（压缩载荷下低合金钢的绝热剪切强度，冲击波和高应变率现象在合金领域的应用，梅叶尔编辑，纽约，1986:657-647.）利用轴向冲击压缩来实现剪切加载的帽形结构试样，通过试样自剪切的设计来测定材料局部位置的冲击剪切破坏强度。该方法所需试样结构复杂，制备难度大，特别是对复合材料等各 向异性材料则较难实现，试样本身的复杂性也使得试验和数据处理更加复杂和困难。 

哈丁（“高应变率下的力学性能”，国际物理会议47，布里斯托尔&伦敦，1979,318页）提出的杆-管式冲剪加载装置，其特征在于：冲剪结构由输入杆1和输出管2组成，试样3置于输入杆1和输出管2之间，其结构示意图如附图1。实验过程中，此种结构容易出现输入杆1和输出管3跳动及剪切带不均匀等问题，从而影响了试验结果的有效性和可靠性。 

“高应变率下双缺口铀试样的力学性能测试”（高应变率下力学性能的第二次国际会议，哈丁编辑，物理协会，伦敦，1979:49-61）中提出的杆-管槽口式剪切装置，其特征在于：冲剪结构由输入杆1和输出管2组成，在输入杆1和输出管2上留有槽口，试样置于槽口中进行试验，其结构示意图见附图2。杆（管）端槽型结构设计，会导致应力波传播复杂化，干扰杂波的出现增加了数据处理的难度。另外，双槽冲击加载剪切方式存在切应力易导致输入杆与输出杆（管）的相对转动，在剪应变增大时，试样不再以纯剪形式破坏。此种结构还存在：有效剪切面积有限、试样尺寸设计受约束，易增大试验结果的分散性等问题。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种Hopkinson杆式冲击剪切实验装置，提高材料动态剪切力学性能测试结果的可靠性和准确性，应用于材料动态剪切力学性能表征。 

本实用新型的目的是这样实现的，冲击剪切采用杆-管式结构设计，输入杆与输出管广义波阻抗相同，采用定位对中导向器实现输入杆和输出管的定位和 对中，消除冲击过程中输入杆和输出管的跳动问题,以保证冲击剪切过程中输入杆和输出管稳定对中和剪切带的均匀化；在输出管中设置能量吸收杆，吸收输入杆冲击试样后的的残余动能，以有效保护实验装置。 

本实用新型涉及的Hopkinson杆式冲击剪切实验装置，包括输入杆1和输出管2，其特征在于：输入杆1和输出管2由定位对中导向器4定位、对中和导向，结构如附图3所示。 

本实用新型涉及的Hopkinson杆式冲击剪切实验装置，包括输入杆1和输出管2，其特征在于：输入杆1和输出管2由定位对中导向器4定位对中和导向，在输出管2中设置能量吸收杆5，结构如附图4所示。 

本实用新型涉及的Hopkinson杆冲击剪切实验装置，包括输入杆1和输出管2，其特征在于：输入杆1和输出管2由定位对中导向器4定位对中和导向，定位对中导向器4为同心变内径套筒，中间开设试样槽7，两端分别为输入杆定位导向孔6和输出管定位孔8，结构如附图5所示。 

本实用新型涉及的Hopkinson杆式冲击剪切实验装置，包括输入杆1和输出管2，其特征在于：输入杆1和输出管2由定位对中导向器4定位对中和导向，定位对中导向器4为同心变内径套筒，中间开设试样槽7，试样槽7垂直于定位对中导向器4轴线方向的最小尺寸大于定位孔8的内径，结构如附图5。 

本实用新型涉及的Hopkinson杆式冲击剪切实验装置，包括输入杆1和输出管2，其特征在于：输入杆1与输入杆定位导向孔6为基轴制G7/h6配合。