[发明专利]霍普金森杆系统射杆平衡校准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料动态性能测试系统测定装置，特别是霍普金森杆系统射杆平衡校准装置及方法。

背景技术

研究材料在高应变率条件下的动态力学响应，对于结构设计和材料研究具有重要的价值。目前应用于岩石类材料动力学试验研究主要的方法是分离式霍普金森杆(Split Hopkinson Pressure Bars,SHPB)实验技术。该系统中射杆中传播的应力波同时承担加载和测试功能，根据应力波的传播来求解射杆于试样端面的应力-位移-时间关系。其原理是通过设计加载波宽远大于试样厚度，使试样受载过程处于一种局部动态平衡的状态，从而将应力波效应与应变率效应成功解耦，建立起材料在高应变率下的应力应变关系。目前利用霍普金森杆实验技术不仅可以实现高应变率单轴加载、压缩、剪切加载，还发展了动态压-剪复合加载，主、被动围压等复杂加载，该系统实验尽管研究发展了很多年，但是具体操作和实验技术国内外尚未标准化，因此应用发展的空间依旧很大。

霍普金森杆实验技术基于两个基本假定。一个是一维应力波假定，另一个是试样中应力应变沿试样长度均匀分布假定。这就要求在冲击试验的过程中，各个射干以及试样的中心严格地位于同一水平线上，从而保证杆件与试样，杆件与杆件的撞击面能够充分接触，满足实验的假设。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，霍普金森杆系统射杆平衡校准装置及方法，该装置及方法原理简单，构件布设容易，操作方便，造价低廉，测试快速，数据准确，推动霍普金森杆实验技术的完善，具有较好的推广价值。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：霍普金森杆系统射杆平衡校准装置及方法，包括有，实验操作平台，该平台上固定有气炮发射装置，该发射装置有配套的冲击试验所需的子弹；上述实验操作平台通过固定实验杆支架布置有入射杆和出射杆，入射杆和出射杆中间放置有材料试样；气炮发射装置和出射杆的外侧两端固定有吸能装置；上述实验操作台还固定有矩形卡槽，该卡槽内置有可滑动的长方体立杆，卡槽底部有两个立杆支撑塞保证长方体杆在滑动测试时始终保持垂直状态；上述长方体立杆上附有刻度标尺，该标尺上设有两个平行的平衡杆，每个平衡杆上配有可通过螺丝扣调节位置的新型千分表，该新型千分表的特征是在千分表测杆的端部内嵌钢制圆滚珠，目的是千分表在测试滑动过程中既保证了数据的准确又最大限度地减少千分表测杆对霍普金森杆射杆的摩擦损伤。

在霍普金森杆实验准备阶段，首先检查各个设备是否完好，构件组装是否合适，各个检测仪器是否正常工作达到实验测试的要求。矩形卡槽通过螺栓固定在实验平台上，保证合适的距离使得当安装好长方体立杆、平衡杆后调节千分表测杆可以接触到射杆进而完成校准。接下来进行气炮发射装置、子弹、入射杆、出射杆的校准，试验要求上述入射杆、出射杆、试样和子弹的中心线必须在同一水平线。首先，将气炮发射装置、入射杆、试样、出射杆紧密贴靠在一起，在出射杆的临空端画两条相互垂直且交点过圆心的水平线和垂直线，并在出射杆的侧面做好水平标记点和垂直标记点，调节刻度表尺上的螺丝扣和平衡杆，将水平方向的新型千分表和垂直方向的新型千分表滚珠分别与水平标记点及垂直标记点对齐，确保两新型千分表测试点与出射杆端部截面圆心的连线互相垂直，同时记录该千分表的数据。接下来，缓慢将长方体立杆紧贴矩形卡槽并始终保持垂直，移动到射杆的另一端记录千分表的测试数据。继续移动立方体立杆借助新型千分表分别测试入射杆和试样端部的千分表数据，将所测数据进行汇总对比，分析两个千分表测试的读书信息，即可获得气炮发射装置、入射杆、试样和出射杆的高低位置信息，进而判断其是否有所偏移和进一步调整的距离，然后通过调节实验杆支座和射杆垫块使得气炮发射装置、入射杆、试样和出射杆的中心线一致。射杆调整完成后，再次复测以校准调试的效果，通过测试后则可进行霍普金森杆试验。

进一步地，气炮发射装置的内径、子弹的直径、试样、入射杆和出射杆直径相等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：霍普金森杆系统射杆平衡校准装置及方法，该装置及方法原理简单，构件布设容易，操作方便，造价低廉，测试快速，测试数据准确，推动霍普金森杆实验技术的发展，具有较好的推广价值。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为霍普金森杆实验系统平面示意图；

图2为实验系统射杆平衡校准装置侧面示意图

图3为射杆平衡校准装置千分表示意图

附图标记说明：

1—吸能装置2—实验操作平台3—平台支座

4—气炮发射装置5—子弹6—气炮发射装置支座