一种用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置

本发明涉及一种用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，属于材料动态力学实验设备。

背景技术：

1、霍普金森杆实验是研究脆性材料动态力学特性的重要手段，实验所用杆径多在100mm及以下，常见尺寸包括100mm、70mm和50mm。在高速冲击加载过程中，脆性材料由于抗拉强度远低于抗压强度，试件往往发生粉碎性破坏，瞬间产生大量高速飞溅的碎块。

2、上述碎块飞散现象给实验带来了两方面的问题：一方面，高速飞溅的碎块散落在实验现场各处，不仅造成实验现场难以清理，还存在一定的安全隐患；另一方面，碎块的飞散导致破坏后的试件无法被完整回收，进而给后续的破坏模式分形研究带来严重困扰。分形维数是定量表征材料破碎程度、碎块尺度分布及能量耗散特征的核心参数，而完整收集并区分不同粒径的碎块，是准确计算分形维数、判明试件破坏特征的基础前提。碎块的丢失或混杂将直接导致分形分析所需的样本不完整、数据可重复性差，影响对脆性材料动态破坏机理的深入研究。

3、因此，如何在不干扰应力波传播的前提下，对霍普金森杆实验中试件破坏时产生的飞散碎块进行有效约束和可靠收集，并在收集过程中实现碎块按粒径的区分，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置。

2、本发明所采用的技术方案有：

3、一种用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，所述装置设置在霍普金森杆实验装置中入射杆与透射杆之间，包括

4、连接罩，所述连接罩为空心管状结构，连接罩上开设有供试件碎块飞出的开口部；

5、虹膜机构，所述虹膜机构设置有两个，两个虹膜机构分别固定连接在连接罩的两端且与连接罩同轴布置，两个虹膜机构分别用于套设入射杆和透射杆上，且虹膜机构与入射杆、透射杆之间留有间隙；

6、挡板，所述挡板设置在所述连接罩上且位于所述开口部的侧方并沿竖直方向向下延伸；

7、收集箱，所述收集箱设置在开口部的下方，所述收集箱内分层设置有多个网孔由上至下逐渐减小的滤网，用于分级承接被挡板阻挡后下落的试件碎块。

8、进一步地，所述虹膜机构与入射杆、透射杆之间的间隙不大于5mm，虹膜机构包括上壳体、下壳体、拨盘和若干膜片，所述上壳体与下壳体固定连接，且上壳体与下壳体之间形成安装腔，拨盘转动连接在安装腔内，在拨盘上设置有若干驱动槽，若干膜片沿拨盘的周向布置，每个膜片的一端设置有驱动销，驱动销滑动设置在驱动槽内，膜片的另一端转动连接在上壳体上，膜片的夹持面为圆弧面，若干膜片的夹持面围成供入射杆或透射杆穿过的夹持孔。

9、进一步地，所述拨盘上设置有拨片，下壳体的圆周壁上设置有拨动槽，拨片经拨动槽伸出下壳体外；拨盘与下壳体相接触的端面为磨砂面，下壳体与拨盘相接触的端面上设置有橡胶垫，拨盘通过磨砂面与橡胶垫之间的摩擦力保持在锁紧位置。

10、进一步地，挡板设置有两个，两个挡板对称布置于开口部的两侧，两个挡板均沿竖直方向向下延伸；连接罩的外壁且位于开口部的两侧对称设置有固定台，挡板可拆卸固定连接于对应的固定台上。

11、进一步地，所述挡板设置有u形卡槽，u形卡槽的内壁设置有限位筋；固定台设置有限位槽，u形卡槽卡合于固定台，限位筋与限位槽相互配合定位。

12、进一步地，所述收集箱包括箱体、多个滤网和抽屉，多个滤网分层插接于箱体内，多个滤网的网孔由上至下逐渐减小，抽屉插接于箱体的底部，用于承接穿过全部滤网的试件碎块。

13、进一步地，还包括升降架，所述升降架分别与挡板、收集箱连接，升降架用于调节装置整体高度，使装置与入射杆、透射杆保持同轴。

14、进一步地，所述升降架包括四根连接杆，四根连接杆两两分为一组，每组内的两根连接杆的中部相互铰接；每组内的两根连接杆的顶端均滑动连接于对应侧的挡板上；所述收集箱的两端设置有转轴，转轴穿设于对应组内两根所述连接杆的中部铰接处，收集箱随升降架同步升降；在转轴上设置有蝶形螺母，蝶形螺母用于锁紧升降架的高度。

15、进一步地，所述挡板上设置有挡布，挡布的上端固定于挡板，挡布的下端自由下垂。

16、进一步地，所述挡板设置有水平的安装部，安装部沿连接罩的长度方向布置，安装部设置有插槽；挡布的上端被夹持于两个相互拼接的半圆杆之间，两个半圆杆的拼接面设置有相互配合的凹凸结构；拼接后的半圆杆插设于插槽内，半圆杆的两端伸出插槽并通过锁紧螺母固定。

17、本发明具有如下有益效果：

18、（1）本发明通过连接罩两端的虹膜机构套设在入射杆和透射杆上，将试件罩设在连接罩内，对试件破坏时产生的飞散碎块形成主体周向约束；同时，虹膜机构与入射杆、透射杆之间留有间隙，虹膜机构不与两杆发生刚性接触，不会对应力波在杆中的传播产生附加干扰，保证了实验加载条件的真实性与测试数据的准确性。

19、（2）连接罩上开设的开口部为碎块提供了定向飞出通道，设置在开口部两侧的挡板将侧向飞出的碎块阻挡，碎块撞击挡板后动能衰减并下落进入收集箱，实现了碎块的可靠收集，避免了碎块散落在实验现场造成的清理困难和试件回收不完整的问题，为后续分形研究提供了完整的样本基础。

20、（3）收集箱内分层插接有网孔由上至下逐渐变小的多个滤网，碎块在下落过程中按粒径被逐层截留，最小的碎块落入底部抽屉，在收集过程中同步实现了碎块按粒径的分级，省去了实验后人工筛分的工序，避免了碎块在转运、筛分过程中的丢失或混杂，保证了分形分析所需样本的完整性和数据的可重复性。

21、（4）挡板兼具阻挡碎块和作为升降架安装基础的双重功能，升降架可带动连接罩、挡板与收集箱同步升降，便于将连接罩与入射杆、透射杆快速对中同轴，简化了装置的安装调节操作，提升了结构集成度。

1.一种用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，所述装置设置在霍普金森杆实验装置中入射杆与透射杆之间，其特征在于：包括

2.如权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述虹膜机构（2）与入射杆、透射杆之间的间隙不大于5mm，虹膜机构（2）包括上壳体（21）、下壳体（22）、拨盘（23）和若干膜片（24），所述上壳体（21）与下壳体（22）固定连接，且上壳体（21）与下壳体（22）之间形成安装腔，拨盘（23）转动连接在安装腔内，在拨盘（23）上设置有若干驱动槽，若干膜片（24）沿拨盘（23）的周向布置，每个膜片（24）的一端设置有驱动销（241），驱动销（241）滑动设置在驱动槽内，膜片（24）的另一端转动连接在上壳体（21）上，膜片（24）的夹持面为圆弧面，若干膜片（24）的夹持面围成供入射杆或透射杆穿过的夹持孔。

3.如权利要求2所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述拨盘（23）上设置有拨片（231），下壳体（22）的圆周壁上设置有拨动槽，拨片（231）经拨动槽伸出下壳体（22）外；拨盘（23）与下壳体（22）相接触的端面为磨砂面，下壳体（22）与拨盘（23）相接触的端面上设置有橡胶垫，拨盘（23）通过磨砂面与橡胶垫之间的摩擦力保持在锁紧位置。

4.如权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：挡板（3）设置有两个，两个挡板（3）对称布置于开口部（11）的两侧，两个挡板（3）均沿竖直方向向下延伸；连接罩（1）的外壁且位于开口部（11）的两侧对称设置有固定台（12），挡板（3）可拆卸固定连接于对应的固定台（12）上。

5.如权利要求4所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述挡板（3）设置有u形卡槽（31），u形卡槽（31）的内壁设置有限位筋；固定台（12）设置有限位槽，u形卡槽（31）卡合于固定台（12），限位筋与限位槽相互配合定位。

6.如权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述收集箱（4）包括箱体（41）、多个滤网（42）和抽屉（43），多个滤网（42）分层插接于箱体（41）内，多个滤网（42）的网孔由上至下逐渐减小，抽屉（43）插接于箱体（41）的底部，用于承接穿过全部滤网（42）的试件碎块。

7.如权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：还包括升降架（5），所述升降架（5）分别与挡板（3）、收集箱（4）连接，升降架（5）用于调节装置整体高度，使装置与入射杆、透射杆保持同轴。

8.如权利要求7所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述升降架（5）包括四根连接杆（51），四根连接杆（51）两两分为一组，每组内的两根连接杆（51）的中部相互铰接；每组内的两根连接杆（51）的顶端均滑动连接于对应侧的挡板（3）上；所述收集箱（4）的两端设置有转轴（44），转轴（44）穿设于对应组内两根所述连接杆（51）的中部铰接处，收集箱（4）随升降架（5）同步升降；在转轴（44）上设置有蝶形螺母，蝶形螺母用于锁紧升降架（5）的高度。

9.如权利要求4所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述挡板（3）上设置有挡布（7），挡布（7）的上端固定于挡板（3），挡布（7）的下端自由下垂。

10.如权利要求9所述的用于霍普金森杆实验的碎块收集分级装置，其特征在于：所述挡板（3）设置有水平的安装部（32），安装部（32）沿连接罩（1）的长度方向布置，安装部（32）设置有插槽；挡布（7）的上端被夹持于两个相互拼接的半圆杆（6）之间，两个半圆杆（6）的拼接面设置有相互配合的凹凸结构；拼接后的半圆杆（6）插设于插槽内，半圆杆（6）的两端伸出插槽并通过锁紧螺母固定。