[实用新型]一种测量散粒材料流动压力的冲击试验装置

说明书

本实用新型涉及一种测量散粒材料流动压力的冲击试验装置，属于散粒材料流动压力试验技术领域。

由于散粒材料具有重要的工程意义，已经得到国内外专家学者的广泛关注，并且进行了大量的研究，主要分为静态和动态。在静态情况下，散粒材料的力学特性与连续材料相似，目前的研究大都集中在这个方面。动态情况因为涉及到冲击荷载而变得复杂，无法进行理论推导，只能采用试验研究和数值分析相结合的方法。散粒材料的试验研究主要有两个难点：一是散粒颗粒接触力的检测，二是冲击荷载如何施加到散粒材料。

在散粒颗粒接触力检测方面，目前常用的接触式检测方法主要包括电子天平称重法和复写纸压痕方法。在冲击加载方面，现有的冲击加载试验均针对连续体，主要有落锤试验、霍普金森杆试验和射弹试验。

电子天平称重法是利用探针接触底层颗粒，通过电子天平的读数确定颗粒对底层的压力，平行移动探针可得到底层各个颗粒对底面的压力大小。虽然电子天平的精度有了很大的提高，但是由测量过程中需要移动装置位置，底层颗粒会不可避免地与接触面产生摩擦，从而导致颗粒内部力的重新分布，影响试验结果。 

复写纸压痕法是在颗粒底层与支撑面之间分别铺上显色灵敏的复写纸和白纸，在外力作用下，底层颗粒通过挤压复写纸，而在白纸上形成大小不同和颜色深浅不一的压痕，通过标定可以确定接触形变和法向力大小。但是由于复写纸的灵敏度有限，当颗粒受力较小时很难在白纸上留下清晰地痕迹，因此仅在颗粒体系受较大外力作用的情况下，该方法才能测量接触力。

另外，在散粒材料体系流动与破坏过程中，利用上述两种方法，无法测量颗粒体系底部某个区域应力变化情况。 

落锤试验起源较早，但由于它低成本、易操作等优点沿用至今，但该设备所产生的冲击能与落锤体积成正比，在产生较大冲击能时，需要很大体积的落锤，使试验变得极其复杂。霍普金森杆试验主要针对岩石等试件，能够提供较大冲击能，并且试验的可行性较好。射弹试验的起步较晚，主要利用分子量级的气体驱动，但该试验成本较高，并且试验人员需要具备一定的理论基础。

本实用新型专利是为了解决上述现有测量方法和冲击加载方式存在的技术问题，提供一种能够检测散粒材料体系在冲击荷载作用下整体的应力与位移变化情况以及散粒材料底部某一区域应力变化情况的试验装置。

本实用新型专利是为了解决上述现有测量方法和冲击加载方式存在的技术问题，提供一种能够检测散粒材料体系在冲击荷载作用下整体的应力与位移变化情况以及散粒材料底部某一区域应力变化情况的试验装置。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种测量散粒材料流动压力的冲击试验装置，包括试验台和发射高速子弹的发射架，所述发射架设置于试验台上，且所述试验台上设置有一钢制无底无盖圆柱形桶的夹具，所述夹具上半部分内壁直径大于下半部分内壁直径，且在夹具下半部分对称设有两个夹具通孔，所述夹具内部下方设置有钢制圆柱体的下承压板，所述下承压板直径方向对称设有两个圆柱形的下承压板通孔，所述下承压板通孔与试验台之间设置有压力传感器，所述压力传感器的导线通过夹具通孔牵出，且所述下承压板通孔内各设置一个沿下承压板通孔滑动的压块，同时所述压块穿过下承压板通孔插入压力传感器内；所述夹具内部上方设置有上承压板，且所述上承压板与发射架的发射孔相对设置，同时所述上承压板与发射孔之间设置有平行光源和测速器。

优选的：所述压块由上下两个钢制圆柱体组成，上半部分圆柱体直径略小于下承压板通孔直径，下半部分圆柱体直径略小于压力传感器插槽直径。

本实用新型的一种测量散粒材料流动压力的冲击试验装置，相比现有技术，具有以下有益效果：使用时，首先将夹具放在试验台中心，下承压板固定在夹具内，压力传感器正对下承压板的通孔，置于下承压板下方，压力传感器的数据线通过夹具的通孔导出，连接到外部数据接收设备。然后将压块上半部分放入下承压板的通孔内，下半部分插入压力传感器插槽。将散粒材料倒入夹具，将上承压板平稳地放在散粒材料上。最后将发射架放在试验台的中间，安置平行光源和测速器，发射高速子弹，对上承压板施加冲击荷载，记录压力传感器数据。试验结束后，取出上承压板，对破碎后的散粒材料进行筛分，以得到尺寸分布情况，因此装置结构简单，成本低，易操作，并且可重复使用，突破了现有试验装置的局限性，将冲击荷载加载到散粒材料上，并准确测量散粒材料在流动与破坏过程中，材料整体的应力与位移变化情况以及散粒材料底部某一区域应力变化情况。

图 1 是本实用新型测量散粒材料流动压力的冲击试验装置的结构示意图；

图 2 是图1中夹具的放大示意图；