[实用新型]新型分离式霍普金森拉杆装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种新型分离式霍普金森拉杆装置。

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实用新型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。其应用领域从最初研究金属材料的动态力学性能到现在可研究岩石、混凝土、陶瓷、高聚物、含能材料、泡沫材料等多种材料的动态力学性能。

对某些材料而言，其动态拉伸性能比其动态压缩性能更加重要。但是，由于动态拉伸设备的高度复杂性，至今还没有一种比较理想的研究材料动态拉伸性能的实验设备。分离式霍普金森拉杆还是目前做材料动态拉伸力学性能研究的主要设备之一。20世纪60年代以来，随着研究材料动态拉伸性能的需求的不断增加，很多学者设计了不同的拉伸实验装置。Hauser(1966),Saka,Harding(1990)研制了杆杆型直接式霍普金森拉杆装置，它利用拉杆外面的套管子弹撞击法兰盘所产生的压缩波，通过法兰盘转换为入射杆中的拉伸波，直接对试件进行冲击拉伸。Nicholas提出反射式霍普金森拉杆装置，利用压缩波到达自由端时反射产生拉伸波。以前者应用为多。但是，它还有许多不足之处影响其进一步发展与应用。存在的不足之处主要有：

1.杆径没有足够大，据目前所能查阅的资料，其最大杆径只有75mm，不能满足对混凝土类材料及其它一些内部不甚均匀材料的实验要求。

2.随着杆径的增大，杆的几何弥散效应日趋明显，影响了实验结果的有效性。

3.现有装置入射杆撞击端的法兰盘有两种加工方式：第一种是用一根大直径的棒料，将其它部分车削至入射杆尺寸，仅留下长度与法兰盘厚度相等的一小段，将其加工成法兰盘。这种方式加大了材料和加工成本，而且在杆与法兰盘界面上存在应力集中问题。第二种是将杆与法兰盘分别加工，然后通过螺纹或胶粘方式将其连接。这种方式一方面存在螺纹和胶的抗冲击强度问题，另一方面是无法消除螺纹间隙，而这种间隙严重影响所产生的拉伸脉冲的质量。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新型分离式霍普金森拉杆装置。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种新型分离式霍普金森拉杆装置，包括入射杆，其特征在于：所述入射杆设置有两端开口的中空腔体，所述入射杆一端口安装有封盖，另一端口为内径逐渐缩小的锥形口，所述入射杆的中空腔体内设置有填充塞、撞击塞和撞击杆，所述填充塞设置在近封盖端，所述撞击塞安装在入射杆的锥形口内，所述撞击杆设置在填充塞与撞击塞之间，所述填充塞与撞击杆之间的入射杆内壁上设置有止推限位机构，所述止推限位机构与填充塞之间的入射杆上设置有连通高压气室和中空腔体的进气槽，所述撞击杆与撞击塞之间的入射杆上设置有泄气槽。

所述撞击塞为圆台状，与入射杆的锥形口过盈配合，用于承受撞击杆的撞击，并将此撞击力转换为入射杆中的拉伸应力脉冲。

所述撞击杆为可在入射杆的中空腔体内移动的实心圆柱体，长度可变，在高压气体作用下向前运动，运行前方是撞击塞，后方受止推限位机构限制定位，使之被人工退回时不会越位。

所述填充塞为轻质材料制成的实心圆柱体，作填充入射杆的中空腔体用，保证由高压气室进入入射杆内部的高压气体向撞击塞一端运动而更有更有效驱动撞击杆（子弹）。

所述入射杆右端设置有吸收杆，左端设置有透射杆。

所述透射杆为一端设置有封头的中空结构，透射杆有封头的一端与试件相连，试件又与入射杆相连；入射杆中的入射拉伸脉冲遇试件时一部分反射回入射杆，一部分经试件透射到透射杆中形成透射脉冲。

本实用新型进一步的技术方案是所述封盖处设置定位销，通过所述定位销将封盖与入射杆的端部紧密连接。

所述入射杆在其本体上制有贯穿孔，所述封盖为一短圆柱，在其圆柱面上开有锥形盲孔。所述定位销穿过入射杆上的贯穿孔后打入所述封盖使后者与入射杆紧密连接。

所述定位销外形酷似普通步枪子弹，由后端面向前开有螺纹盲孔。在所述撞击塞和撞击杆需要更换时，只须在所述螺纹盲孔中拧进一螺栓，用一简易装置向外拉动该螺栓即可拔出定位销，将所述封盖和入射杆分离后即可进行上述更换。

本实用新型提供的新型分离式霍普金森拉杆装置，可以弥补现有分离式霍普金森拉杆的缺陷，能够满足对混凝土类材料及其它一些内部不甚均匀材料的实验要求；该装置结构设计合理，入射杆产生的拉伸脉冲的质量高，进一步保证实验结果的有效性。

附图说明：