[发明专利]一种高速大能量材料试验机

说明书

一种高速大能量材料试验机，它是研究材料动态力学性能的新设备，特别适宜于研究中等应变率下(8∶100～10000∶1/秒)材料的大变形及断裂特性，通过改换载荷转换及载荷传感装置，可进行材料的动态压缩、动态拉伸和动态断裂韧性试验。

由于技术的发展，不少行业中的设备在高速加载下瞬态失效，因而希望了解高速加载下材料的力学行为，从而为设计提供新的设计准则，为评价材料提出新的力学判据。目前动态力学测试设备尚无系列商品化产品，一些研究自制的非标准设备，如摆锤、落锤、凸轮试验机其加载速度低，而Hopkinson杆打击能量小，难以实现大变形。另外象轻气炮，平面波发生器等高应变率下的试验装置，因投资大或实验场地的限制广泛应用困难。

本发明的目的是发明一种高速材料试验机，能实现中高应变率范围内的动态试验，而有较大的打击能量，且成本低，使用操作方便。

本发明的结构如附图1所示，它有基座1、试验样品台2、导柱3、打击头4，其特征在于：在导柱3上端有缸体5，在缸体5中有活塞6和连杆7，连杆7使活塞6与打击头4相连，活塞6上端的缸体5空腔为气腔8，气腔8与气室9相接，活塞6下端的缸体5空腔为液腔10，在液腔10下端接有快放液阀11，在缸体外有放液箱12，在液腔10和放液箱12之间有液压泵13。

附图1是本发明的结构示意囹。图中有基座1、试验样品台2、导柱3、打击头4、缸体5、活塞6、连杆7、气腔8、气室9、液腔10、快放液阀11、放液箱12和液压泵13。

附图2是本发明使用光电触发试验采样的结构示意图。图中还有光源14和光电接收元件15。

本发明使用打击头4对试验样品台2上的被试样品进行高速定能打击(也可以使用专用夹具使试样受到高速拉伸)。在工作时，在气腔8与气室9中注入一定量的压缩气体。使活塞6以及连杆7和打击头4处于最下位置，然后启动液压泵13，给活塞6下端的液腔10输入高压液。在高压液的使用下，活塞6向上移动，根据打击能量要求，确定上移距离和关闭液压泵13的时间。活塞6上移到位后，处于气压与液压的平衡状态。在开始试验时，启动快放液阀11。快放液阀11是一个正反馈阀门，它可以在极短的时间内大流量放液(可以在1～10毫秒内放液流量达到1000～10000升/秒)。从而使活塞6的内液腔10处于失压状态，活塞6在上端气室压力的作用下，高速向下运动，带动打击头4冲击被试样品，完成试验加载动作。

本发明使用由上端为气腔，下端为液腔的活塞通过连杆带动打击头对被试样品进行高速冲击来完成试验加载。使用液压蓄能气压打击，可以有较高的打击能量和打击速度，能实现中高应变率范围内的动态试验，并且成本较低，使用方便。

在本发明中，可以在试验样品台之外装有光源14，在试验样品台2的另一面装有光电接收元件15。使用光电触发的方法，在打击加载的打击头4下落到一定位置后，遮投住光源14发出的光线，光电接收元件15的电平发生变化，用于触发实验数据采集装置的工作。使用光电触发的方法，有较高的触发速度和精度，满足高速试验的要求。

在本发明中，快放液阀11可以使用如专利号为CN87202367和专利申请号为CN92203799的快放液阀，它们都已有现成设计。本发明中的放液箱12可以设计成在整个缸体5的外缘，把缸体5包覆在其中，这样可以减小放液液道的长度，减小液道压力损失，提高瞬时放液流量。本发明的与缸体5上端气腔8相通的气室9可以是普通贮气高压瓶，在使用时，通过气压管道与气腔8相通，换用不同气体压力的气瓶，从而得到不同的打击压力。气室9也可以使用专用的贮气高压瓶，并带有带阀门的注气口，通过注气口可以补充或调节气室9中的气体压力。在本发明中使用的压缩气体，可以使用普通压缩空气，也可以使用如氮气等随性气体。压缩气体应有较低的液化温度，使得在常温正常工作压力下使用不致液化，而且压缩气体应干燥和不易发生化学反应。

在本发明中，基座1、导柱3、打击头4等可以按照普通高速锤的形式设计，甚至可以使用普通高速锤改装。可以在基座1与地基之间加入支承弹簧，使基座带动试验样品台2浮动，在试验时，形成打击头与试验样品台的对击，减小了试验室地面的振动，改善试验环境和对试验室的要求。