[发明专利]动态拉/压与扭同步联合加载实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种动态拉/压与扭同步联合加载实验装置。

背景技术

分离式霍普金森杆是一种研究一维应力状态下材料动态力学性能的有效实验装置。自从1949年Kolsky发明分离式霍普金森压杆装置并用其研究一维应力状态下材料动态力学性能以来，动态压缩实验技术不断提高。分离式霍普金森拉杆是目前做材料动态拉伸力学性能研究的主要设备之一。材料的动态抗剪切性能是其动态力学性能之一，对其实验研究工作相对较难，目前主要还是依靠分离式霍普金森扭杆进行。在这三种实验装置中，相比之下，压杆技术相对成熟，而拉杆和扭杆技术都有不小改进空间。

材料在服役过程中可能受到动态拉(压)与扭转载荷的联合作用。这种联合作用下材料的行为必然是力学工作者非常感兴趣的重要研究领域。问题的主要难度体现在如何将合适的拉伸(压缩)脉冲与扭转脉冲同时加载到试件上。因为拉伸波(压缩波)与扭转波(剪切波)的传播方式不同，前者是纵波，后者是横波，它们在同样介质中传播的速度不同，纵波速度快，横波速度慢，这给人们将拉伸波与扭转波同时加载到试件上带来了很大困难。因两波存在速度差，太原理工大学赵隆茂教授和王志华教授提出了在杆件靠近试件处同时实然释放拉伸和扭转预贮能的方式产生拉伸和扭转加载脉冲，因到试件距离短，速度差引起的时间差可认为在实验误差范围内。但是这种方法的最大缺陷是难以记录加载的入射波和从试件反射回的反射波。而这两个波记录了实验的重要信息，是对实验结果进行数据处理时不可或缺的原始数据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种动态拉/压与扭同步联合加载实验装置，同时可以记录加载的入射波和从试件反射回的反射波。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种动态拉/压与扭同步联合加载实验装置，包括设置在滚动支撑上的透射杆和入射杆，透射杆与入射杆之间安装试件，其特征在于：所述入射杆上设置有扭转波加载装置和拉伸/压缩波加载装置，所述拉伸/压缩波加载装置与入射杆安装试件端的距离大于扭转波加载装置与入射杆安装试件端的距离，所述拉伸/压缩波加载装置和扭转波加载装置通过信号电路分别与控制器连接。

所述拉伸/压缩波加载装置包括压缩波加载装置和拉伸波加载装置两种。以拉伸为例，所述拉伸波加载装置包括拉伸发射管、设置在拉伸发射管内的拉伸子弹和撞击塞，还包括设置在拉伸子弹左侧的拉伸发射器以及设置在撞击塞右侧的吸收管，拉伸发射管内还设置有触发传感器。

所述压缩波加载装置与拉伸波加载装置略有不同，压缩波加载装置独立于入射杆。

所述扭转波加载装置包括旋转加载盘和夹紧与瞬时释放装置，夹紧与瞬时释放装置设置在试件与旋转加载盘之间，离试件距离根据杆材料的纵波和横波波速及释放装置所需的释放时间确定。

所述控制器为触发信号采集与瞬时释放控制器，控制器通过信号电路连接拉伸/压缩波加载装置的触发传感器，控制器通过信号电路连接扭转波加载装置的夹紧与瞬时释放装置。

所述控制器为拉伸/压缩加载脉冲产生与扭转预贮能瞬时释放控制器，控制器通过信号电路连接拉伸/压缩波加载装置和扭转预贮能瞬时释放装置。

以拉伸为例，拉伸发射器发射的拉伸子弹在入射杆的中空腔体(拉伸发射管)中向撞击塞方向运动并撞击撞击塞，在入射杆中产生一个拉伸应力波并给出扭转预贮能瞬时释放控制器一个触发电信号。所述控制器在接到上述触发电信号后，能在数百微秒时间内快速释放夹紧与瞬时释放装置(每次释放所需时间相差不超过20微秒)，从而释放扭转变形能形成扭转应力波。所述夹紧与瞬时释放装置为一液压环抱式锁紧与释放机构。所述触发信号采集与瞬时释放控制器能调整夹紧与瞬时释放装置的具体释放时间以保证拉伸应力波与扭转应力波同时到达试件。

本发明提供的动态拉/压与扭同步联合加载实验装置，用于材料动态力学性能研究，可以弥补现有霍普金森拉/压杆与扭杆组合的缺陷，能够实现同时对试件加载拉伸/压缩波和扭转波，使加载的拉伸/压缩波与扭转波同时达到试件，同时还可以记录加载的入射波和从试件反射回的反射波，以满足实验研究材料动态力学性能的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。