[实用新型]用于霍普金森压杆系统的可调控试样轴向应变的防护装置

说明书

本实用新型公开用于霍普金森压杆系统的可调控试样轴向应变的防护装置，属于材料动力学实验领域。本实用新型包括阻环和防护台，其是在霍普金森透射杆端面放置环绕在试样外围的阻环，当霍普金森入射杆压缩试样时，通过调节阻环的高度来控制试样轴向压缩应变大小。阻环内径与试样外径之间预留空隙，避免阻环影响试样膨胀变形，同时，阻环外径与内径之差尽量要大，以防止阻环受霍普金森入射杆冲击而发生破坏。在阻环和霍普金森杆接触位置的外围放置防护台，通过防护台避免试样碎片对周围造成破坏。本实用新型能够有效调控试样轴向应变，同时避免试样碎片对周围造成破坏，提高了实验的安全性和可靠性。

技术领域

本实用新型属于材料动力学实验领域，涉及一种基于霍普金森压杆系统的可调控试样轴向应变的防护装置。

背景技术

随着工业社会发展，对于需要满足特定要求工程材料的研发和应用，成为当下越来越迫切的现实任务。比如：具有缓冲吸能作用的多孔材料，其在冲击载荷作用下，能量吸收与材料内部变形机理之间的关联性探究；可发生大变形的高弹性聚合物在外载作用下发生不同变形量时聚合物内部的变形机理。针对这些材料的动态力学性能研究，目前最常用的实验手段是霍普金森压杆装置，该系统可获得不同加载速率下试样的应力-应变关系曲线，但其对受压试样的轴向压缩应变大小无法控制，而对于多孔材料或者大变形软材料需要控制试样冲击之后的变形程度，以便了解试样在各个应变阶段时的变形形貌，进一步揭示试样内部的变形机理，并且，该装置尽可能提高实验的成功率和安全性。因此，有必要设计一种可调控试样轴向应变的防护装置。

发明内容

为了克服霍普金森压杆实验系统无法调控试样轴向应变的不足，避免试样碎片对周围产生破坏，本实用新型提供了用于霍普金森压杆系统的可调控试样轴向应变的防护装置，其发明目的是：根据实际需求实现对试样的轴向压缩应变调控，获得不同压缩应变的变形试样，并且能够避免试样碎片对周围产生破坏，提高实验的安全性。

为了达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案。

本实用新型公开用于霍普金森压杆系统的可调控试样轴向应变的防护装置，包括阻环和防护台，其是在霍普金森透射杆端面放置环绕在试样外围的阻环，当霍普金森入射杆压缩试样时，通过调节阻环的高度来控制试样轴向压缩应变大小。

阻环调控试样变形关系表示如下公式：

其中，ε是试样轴向压缩应变，h是试样高度，S是阻环高度，(h-S)为霍普金森入射杆压缩试样形变量。当试样尺寸固定时，通过调控阻环高度S控制试样轴向压缩应变大小。

为了防止波阻抗不匹配造成阻环对应力波传播的影响，阻环材质选用与霍普金森杆材质一致。

霍普金森入射杆、霍普金森透射杆以及阻环外径均是同直径设置，阻环内径设计范围满足如下关系：

其中，d和h为试样直径和高度，Δh为试样压缩变形量，μ是试样压缩变形泊松比，D为阻环外径，L表示阻环内径。内径设计满足如下条件：阻环内径与试样外径之间预留空隙，避免阻环影响试样膨胀变形，同时，阻环外径与内径之差(D-L)尽量大，以防止阻环受霍普金森入射杆冲击而发生破坏。

阻环调控试样变形关系满足公式(1)，通过调控阻环高度S控制试样轴向压缩应变大小。

防护台放置在阻环和霍普金森杆接触位置的外围，其右半部分内径与阻环外径相匹配，防护台左半部分内径r范围是：D＜r＜R，其中，D是霍普金森杆直径，R是防护台外径，防护台w/2高度与阻环S/2高度位置同处在一个平面，防护台半高度w/2大于试样高度h，防护台变截面处的倾角范围是：15°＜θ＜30°。

防护台选用强度较大的透明材料钢化玻璃制备，便于用高速相机拍摄试样的变形过程。