[发明专利]一种分离式霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离式霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法，属于机械试验装置领域。

背景技术

复合材料作为一种拉伸/剪切强度比值很高的各向异性非均质材料，必须考虑端面效应产生的应力集中问题，即实验杆与试件接触面的影响。所以动态拉伸实验中，实验杆与试件的连接必须考虑以下问题。①加载杆与试样间的应力集中必须减到最小；②在加载杆和试样间尽量避免波阻抗的失配，以减少应力波的反射导致的有效脉冲载荷的削弱，从而有利于波形分析；③拉伸载荷最好由加载杆只通过一个剪切加载区就传到试样上，尽量避免多重途径传递载荷，导致拉伸失败，或者产生太多的干扰杂波影响波形采集和分析；④传递剪切载荷的面积应足够大，否则很可能发生剪切破坏。

目前，针对纤维复合板的动态拉伸试验，扁平试件和入射杆、透射杆一般通过带槽的连接头通过胶粘方式进行连接，胶粘方式连接头的特点是:连接头一端与入射杆或透射杆螺纹连接，另一端开“U”型槽，槽宽与试件厚度配合。实验过程中，试件上涂高剪切强度特种胶后，插入连接头的槽内，待固化后进行试验。“U”型槽的尺寸根据试样参数、胶粘剂性能、界面状态及试样应力均匀化要求等因素综合考虑确定。根据拉伸试样的最大静拉伸强度、胶粘剂剪切强度，粘接界面的浸渍性，充分考虑冲击拉伸的保险系数，可估算出加载杆端部的连接槽的长度。并且传统胶粘还存在一下局限性，1）对于高强聚乙烯等界面浸渍性较差的复合材料，仅通过该粘接试验技术，不通过其他高压夹持方式，动态拉伸实验还很难成功。2）连接头通用性不强，材料力学性能不同的材料需综合考虑重新设计连接头。3）重复较麻烦，需清除连接头上的胶和试件残片。4）安装、拆卸不方便，特种胶固化需要时间。

发明内容

本发明旨在提供一种分离式霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法，利用压块和螺钉通过物理加载的方式对试件进行夹紧连接，使得加载杆上的拉伸载荷通过一个大的剪切加载区就能够传递至试件上，并且很好的防止试件加载段的剪切破坏。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种分离式霍普金森拉杆试件的夹持装置，包括接头和夹持部，所述接头为圆柱体结构，内部设有圆形盲孔，孔内设有内螺纹，通过螺纹与入射杆或透射杆连接；夹持部包括压块和基座，压块扣合在基座上方，基座与接头固定为一体，且基座的上表面设有凹槽，凹槽的结构为扁平型，凹槽主体为正方形，端部为喇叭形，压块为六面体结构，上、下两面平行，压块四周设有螺孔，且在基座与压块对应处设有螺孔，压块与基座通过螺钉连接固定。

上述方案中，所述压块的截面为四边形，上、下两条边平行，左、右两条边为对称弧形，且压块的六面体结构在水平方向的棱线与接头圆柱面上的母线重合。夹持装置右侧上端采用阶梯面来减小转接头的重量，以保证实验杆的整体水平度。

上述方案中，所述基座为六面体结构，上、下两面平行，左、右两面平行，前、后两面为对称的弧形。该基座在水平方向的棱线与接头圆柱面上的母线重合，且基座可通过半圆柱（参数与接头的圆柱相同）切削掉侧面弧形部而得。

上述方案中，所述凹槽的厚度为霍普金森拉杆试件的1/2~2/3。与试件配合的凹槽根据试件形状加工而成，与试件紧密贴合。

进一步地，所述凹槽的厚度为1.2mm。

上述方案中，所述连接压块与基座的螺钉采用高强度钢，内六角圆柱螺钉为M6，高强度钢等级为8.8，抗剪强度为450MPa。固定压块的螺钉采用高强度钢，增加螺钉的抗剪能力。

上述方案中，所述压块的下表面为锯齿状，齿形角为60度，齿高为0.25mm的微型锯齿面。压块平面加工成微小的锯齿状以增大夹持力以及摩擦力，并且可以减小螺钉的剪切力增加螺钉的使用寿命。

本发明提供了一种分离式霍普金森拉杆试件的实验方法，采用上述的夹持装置，包括以下步骤：

（1）调节入射杆与透射杆的水平度与同轴度，检查实验杆中间应变片是否粘好，应变片分别设置在入射杆和透射杆上，接地线是否接紧；

（2）将转接头通过生料带与实验杆紧密拧紧；

（3）再次检查入射杆与透射杆的水平度与同轴度，避免由于生料带造成的误差；

（4）将试件装入凹槽中；

（5）采用螺钉将压块和基座固定在一起；

（6）将子弹捅入炮管内，打开与应变片连接的超高速应变仪，通过高速数据采集器与计算机Datalab数据采集软件，单击软件Datalab软件单词采集工具按钮；

（7）打开阀门进行试验，并将原始数据存盘；

（8）拧开螺母，取出试件；