[实用新型]用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料高温动力实验研究领域，具体是一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置。

背景技术

利用霍普金森压杆进行材料高温动态力学性能的测试，有两种途径：

一是需将试件以及小部分波导杆放入高温加热装置中同时进行加热。名称为“SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究”的文章（夏开文等，实验力学，1998，Vol.13，第3期，PP.307-313）公开了一种附有恒温加热炉的SHPB装置，利用一维应力波传播理论和传热学原理，对材料的高温动态力学性能进行了测量。利用该装置进行的高温动力试验，将不可避免地在输入、输出杆上形成温度梯度，而温度梯度的存在将对测量精度产生一定影响，因此在进行数据处理时，需采取各种方式对实验信号进行相应的修正，需要测试压杆中的温度分布，而且由于在试验过程中加温、短时保温以及降温的反复过程会改变压杆的微观结构，进而影响压杆的力学性能，所以极大地增加了数据处理的困难。

二是波导杆与试件进行分离，只对试件进行加热。名称为“SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究”的文章（张方举等，实验力学，2005，Vol.20，第2期，PP.281-284）公开了一套SHPB系统高温实验自动组装装置，实验前对试件加热并自动保温，波导杆则置于加热炉外，实验时进行瞬态组装，但实验的同步对接较为困难。另外，名称为“用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置”的发明专利（专利号：ZL200610021096.5）描述了一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，试验前保持杆件与试件处于隔离状态，试验时减少杆件与试件的接触时间，但对实验的操作要求较高。

与第一种实验方法相比，第二种方法数据处理简单，可实现的加热温度范围大，得到了较为广泛的应用。名称为“用于霍普金森压杆试验的加热装置”的发明专利（专利号：ZL201110189838.6）公开了一种用于霍普金森压杆实验的加热装置，通过对加热炉方向的调节，实现了杆件与试件的定位及加热，但存在以下三个缺陷：

1.试件在从高温加热装置转移至霍普金森压杆实验装置过程中因远离热源而造成的温度降低无法得到有效控制；

2.冲击加载实验中，与高温试件的接触造成杆件中依然存在温度梯度，进而影响实验的可靠性及有效性；

3.高温试件与霍普金森压杆实验装置的对接定位，以及由于试件及加热装置的高温导致的实验操作的复杂性和人员的危险性增加。

发明内容

为了克服现有技术中存在的试件转移过程中的温度降低，与高温试件接触所造成的杆件中的温度梯度，高温试件与实验装置的对接定位导致的实验操作的复杂，以及存在安全隐患的不足，本发明提出了一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置。

本发明包括夹持机构、隔热机构和定位机构。所述的夹持机构、两套隔热机构和定位机构相互独立、联合使用。其中：

所述夹持机构包括夹具、连接外罩和保温内罩。在该夹具夹杆的夹持端的内侧分别有中空的半球形连接外罩，并且两个连接外罩的开口相对。在连接外罩空腔的内壁上分别黏贴有保温内罩。所述保温内罩为壳体，采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成，其形状与连接外罩空腔的形状相适应。所述保温内罩的内腔略大于1/2试件的外形尺寸。

所述隔热机构包括支撑挡板、转轴、隔热阀板、固定板和固定杆。隔热阀板嵌装在支撑挡板的一个表面上。隔热阀板通过轴承安装在转轴上。该转轴的一端固定在管式加热炉两端的端面上。固定板亦固定在管式加热炉两端的端面上，并使固定板上的卡槽与固定在隔热阀板另一个表面下边缘处的固定杆对应。

所述定位机构由一组垫块、一组底座和两个推杆组成。底座固定在垫块的下表面，用于将垫块固定在管式加热炉端面的炉膛口处。在推杆一端的端头处有半圆形的推板。

所述支撑挡板的外径大于管式加热炉两端的炉膛口；支撑挡板的内径与隔热阀板的最大外径相同，并使隔热阀板嵌装入该支撑挡板的内孔后，两者之间干涉配合，从而将所述隔热阀板固紧在支撑挡板内。在支撑挡板一侧圆周表面有径向凸出的连接耳片。在所述连接耳片上有转轴的安装孔。

所述隔热阀板采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成。隔热阀板共三层，呈塔状，第一层和第二层为圆柱，第三层为角度为60°的圆锥台。隔热阀板第一层的直径与管式加热炉两端炉膛口的内径相同，第二层的直径略小于第一层的直径，第三层的底面直径与第二层的直径相同。三层隔热阀板同心。以使隔热阀板7与管式加热炉紧密贴合。