一种在SHPB压变装置上实现SHTB拉变功能的结构

一种在shpb压变装置上实现shtb拉变功能的结构
技术领域
1.本发明属于材料试样测试领域和夹具的创新与应用领域的交叉，具体涉及一种在shpb压变装置上实现shtb拉变功能的结构。


背景技术：

2.分离式霍普金森压杆实验技术是研究材料在中高应变率下力学性能的主要研究方法。其核心思想是实验杆中传播的应力波同时承担加载和测试的功能，根据杆中应力波传播的信息求解杆件与试样端面的应力-位移-时间关系，从而得到试样的应力-应变关系。
3.分离式霍普金森拉杆实验经过长期发展，目前基于霍普金森杆实现动态拉伸加载的实验技术可以分为两类：一类是直接对试样进行拉伸加载，包括直接拉伸、反射式拉伸等等，这通常意味着要对杆件和试样进行一定程度的加工，并不适合在分离式霍普金森压杆实验设备的基础上进行改进。另一类拉杆实验则是通过改变试样的构型，将施加在试样上的压缩加载转化成对试样某一部分的拉伸加载，如帽形试样、巴西试样等等，此种方式同样要对试样进行一定程度的特殊加工，而且数据处理过程也有所不同。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种在shpb压变装置上实现shtb拉变功能的结构，其结构简单紧凑，安装方便，具有较好的测试精度，能够更好的测试出材料的动态力学性能，扩展了原shpb实验设备的应用范围。
5.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种在shpb压变装置上实现shtb拉变功能的结构，包括调整模块和夹紧模块；所述调整模块包括若干个传力杆导轨支撑座、设置于每一个传力杆导轨支撑座上的传力杆导轨、穿过传力杆导轨并在传力杆导轨上滑动的传力杆，所述传力杆的右端固定连接有夹紧模块，所述夹紧模块夹紧试样；在传力杆的左端承受压力波时，所述传力杆的右端通过夹紧模块将撞击的压力波转化成拉力波传递到试样上。
6.作为对上述技术方案的改进，所述传力杆导轨支撑座的顶部设置有用于嵌设传力杆导轨的半圆形凹槽，所述传力杆导轨为圆盘状且卡设于传力杆导轨支撑座的半圆形凹槽中，所述传力杆导轨的周部设置有导孔，所述导孔内镶设有铜套与穿过铜套的传力杆滑动配合。
7.作为对上述技术方案的改进，所述传力杆为两条，相应的一个传力导轨上的导孔为两个，对称设置；所述传力杆导轨的半圆盘周面突出有一半圆环的卡装凸起，所述半圆形凹槽内设置有半圆环的卡装凹槽与传力杆导轨的半圆环卡装凸起相适配；在安装时，半圆环卡装凸起的一半卡设于半圆环的卡装凹槽中，两个传力杆处于上下垂直状态，在工作时，半圆环卡装凸起完全卡设于半圆环的卡装凹槽中，两个传力杆处于水平状态。
8.作为对上述技术方案的改进，所述传力杆的中间部分为光滑杆，两端为螺纹部；所述夹紧模块包括固定试样胀套；所述固定试样胀套套设在传力杆右端的螺纹部上，并由螺
纹部上的螺母限位固定；所述固定试样胀套夹紧试样，所述试样的两端套设有试样接触套，右端的试样接触套与入射杆的左端紧配合使入射杆向右端延伸，左端的试样接触套与透射杆的右端紧配合使透射杆向左延伸，所述传力杆导轨的中部设置有大于透射杆直径且使透射杆穿过的中心孔。
9.作为对上述技术方案的改进，所述传力杆右端的螺纹部上还螺纹连接定有入射杆胀套，所述入射杆胀套位于固定试样胀套的右端；所述入射杆胀套夹紧入射杆使入射杆的左端紧贴试样的右端，并由右端试样接触套紧紧包合。
10.作为对上述技术方案的改进，所述固定试样胀套、入射杆胀套分别包括胀套外套、中间尼龙套、胀套内套；所述胀套外套、胀套内套、试样接触套为法兰结构，所述胀套外套的内孔为内锥孔；所述中间尼龙套的外周为外锥面与胀套外套的内锥孔相适配，内孔为直孔；所述胀套内套与胀套外套相背安装，使胀套内套的外周嵌设于胀套外套的内锥孔中，中间尼龙套套设在胀套内套的外周和胀套外套的内锥孔间；所述胀套内套在周向开设有周向槽与胀套内套的内孔相贯通；固定试样胀套中的胀套外套在法兰外沿设置有过孔，入射杆胀套中的胀套外套在法兰外沿相应设置有螺孔使传力杆穿过固定试样胀套中的胀套外套并连接在入射杆胀套的胀套外套上，固定试样胀套中的胀套外套由传力杆螺纹部的螺母限定固定；所述胀套外套与胀套内套穿设有销钉以固定两者的相对位置，所述胀套外套穿设有若干条螺栓，若干个螺栓穿过胀套外套与胀套内套固定连接。
11.作为对上述技术方案的改进，所述夹紧模块包括试样夹具体，所述试样夹具体设置在最右端的传力杆导轨支撑座的右侧；所述试样夹具体包括支撑座，所述支撑座的前后两侧设置有与支撑座共为一体结构的前后侧壁使之形成空槽，前后侧壁上相向穿设有旋紧螺丝，所述旋紧螺丝相近的顶端连接有夹紧块，两个所述夹紧块的相邻侧面设置有v形槽，两个所述v形槽相对应在旋紧螺丝旋紧时夹紧试样。
12.作为对上述技术方案的改进，所述传力杆的左端穿设在连接板的周部，在连接板的中部，所述连接板穿设有控距杆，所述控距杆穿设在控距杆支撑座上且控距杆的前端周部凸起有限位轴肩；所述传力杆左端承受的压力波来自于控距杆并经由连接板传递给传力杆，所述压力波源于撞击杆对控距杆的撞击。
13.作为对上述技术方案的改进，所述控距杆为三段式结构，包括位于限位轴肩前方的圆柱体部，位于传力杆未端的螺纹连接部、位于限位轴肩和螺纹连接部之间的花键轴部，所述控距杆支撑座镶设有花键套使控距杆与花键套花键轴滑动配合。
14.与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：1、本发明通过调整模块和夹紧模块在原shpb装置上的配合安装，在shpb压变装置上实现shtb拉变功能，对shpb试验设备实现了功能扩展；2、本发明可在shpb实验设备上直接进行安装，实现一台设备、功能两用，不仅节省了实验设备的成本，还减小了实验设备的占地面积，在需要安装本发明实现拉伸功能时，原shpb实验的实验装置和仪器不变，仅需要在本发明安装前调换原设备上入射杆和透射杆的位置即可；3、本发明可绕轴向方向上进行一定角度的转动，便于本发明相关零件的安装和拆卸；本发明分为安装状态和工作状态，当花键套和控距杆支撑座上螺孔对齐，传力杆导轨的半圆环卡装凸起完全卡装装在传力杆导轨支撑座半圆环的卡装凹槽中时，两传力杆与工作
台水平基面平行，装置进入工作状态；4、本发明所有支撑座采用的底座都与原分离式霍普金森压杆实验设备上的支撑座在床身上的安装方式相同，安装过程简单，安装后还可以在床身上进行灵活的移动；本发明拆卸下来后，不影响原分离式霍普金森压杆实验设备进行原本的压缩实验，而且整套发明为组合件，拆卸之后也便于存储和放置。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明包括调整模块和夹紧模块的安装装配示意图；图2是调整模块的安装结构示意图；图3是夹紧模块的安装结构示意图；图4是控距杆的零件结构示意图；图5是花键套与控距杆上的安装状态示意图；图6是图1中控距杆支撑座的c-c剖面结构示意图；图7是固定连接板的结构示意图；图8是导轨与传力杆导轨支撑座在安装状态和工作状态状态下的剖视结构示意图；图9是试样夹具体结构示意图及其v形槽处的放大结构示意图；；图10是固定试样胀套中胀套内套的结构示意图；图11是固定试样胀套安装到设备上之后使用状态下的剖面示意图；图12是入射杆胀套安装到设备上之后用状态下的剖面示意图；图13是整体装置工作原理示意简图。
17.图中：1、调整模块；2、夹紧模块；3、撞击杆；4、透射杆；5、入射杆；6、试样；11、控距杆；12、花键套；13、控距杆支撑座；14、连接板；15、传力杆；16、传力杆导轨；17、传力杆导轨支撑座；21、试样夹具体；22、固定试样胀套；23、入射杆胀套；24、试样杆件接触套；211、旋紧螺丝；212、夹紧块；213、支撑座；221、胀套外套；222、中间尼龙套；223、胀套内套。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.请参考附图1-13，本发明的在shpb压变装置上实现shtb拉变功能的结构，主要包括调整模块1、夹紧模块2，如图1所示；其中所述调整模块1包括控距杆11、花键套12、控距杆支撑座13、连接板14、传力杆15、传力杆导轨16、传力杆导轨支撑座17，所述调整模块1功能为将撞击杆上的应力波越过透射杆直接传递到夹紧模块2上，如图2所示；所述夹紧模块2包括试样夹具体21、固定试样胀套22、入射杆胀套23、试样杆件接触套24，所述夹紧模块2功能为通过特定位置的安装和紧固将压力波转化成拉力波，如图3所示。
25.所述调整模块1的控距杆11整体为圆柱体，所述控距杆11有一突出圆柱面，所述控距杆11的中间段部分为花键轴，所述控距杆11右端为螺杆，如图4所示。
26.所述调整模块1的花键套12内孔为花键孔，左端圆环上呈十字对称打有4个螺孔，花键套12的花键孔与控距杆11的中间段部分的花键轴配合，如图5所示；花键套12的外侧四个螺孔位置与控距杆支撑座13上部圆环上的4个螺孔位置对应，作用为花键轴套配合后可安装固定在控距杆支撑座13上，如图6所示；在所述控距杆11、花键套12、控距杆支撑座13的配合作用下实现了对调整模块1工作状态的定位和控制行程。
27.所述调整模块1的连接板14为一圆板，所述连接板14的中心位置开有一可于控距杆11右侧螺杆配合的通孔，以此通孔的中心为基准，在垂直于此基准的上下两侧位置为中心各开一于传力杆15左侧螺杆可配合的通孔，如图7所示。
28.所述两个传力杆15中间为光滑杆、两端为螺杆，所述传力杆导轨16为圆盘状，所述传力杆导轨16的中心位置开有一大于入射杆直径的通孔，以中间通孔的中心位置为基准，在此基准水平的两侧与连接板两侧孔等距的位置，开有两个大于传力杆15直径的开孔，开孔的孔内镶有光滑的铜套用来减小摩檫，在所述传力杆15、传力杆导轨16的共同作用下实现了调整模块1在被撞击杆撞击后能不接触原入射杆向右运动，如图8所示。
29.所述传力杆导轨16的下半部分圆盘端面有一突出半圆环，所述传力杆导轨支撑座17上半部分有一半圆形凹槽，所述半圆形凹槽内部还有一半圆环凹槽，如图8所示；在所述传力杆导轨16、传力杆导轨支撑座17的配合下，调整模块1能绕轴向进行一定角度的旋转便于安装且具有定位作用，如图8所示。
30.所述夹紧模块2的试样夹具体21包括旋紧螺丝211、夹紧块212、支撑座213，以工作状态下传力杆15中间水平面为基准面，所述夹紧块212内端面以此基准面处留有v形槽，如图9所示；所述支撑座213的两侧壁上都开有螺孔，螺孔的最低位置要高于传力杆15，在所述旋紧螺丝211、夹紧块212、支撑座213共同配合下，试样夹具体21在不与传力杆15干涉且能很好的夹紧试样，如图9所示。
31.所述固定试样胀套22包括胀套外套221、中间尼龙套222、胀套内套223，所述胀套外套221为法兰，法兰的外圆环上以传力杆15在工作状态下的位置为基准在左右两侧开有两螺孔，所述胀套外套221内环部分在上下纵向方向上有两个定位螺栓，在内环一周安有八个高强度拉力螺栓，所述胀套外套221的内孔形状为倒锥形，如图11所示；所述中间尼龙套222为倒锥形圆环,中间尼龙套222的外环端面锥度与胀套外套221的内孔的锥度相同，所述胀套内套223的外环以胀套外套221的两个定位螺栓为基准开有两等径的螺孔，所述内套223开有缝隙不是封闭的环形体，所述内套223的内孔与试样等径，如图10所示；在所述胀套外套221、中间尼龙套222、胀套内套223的共同作用下使固定试样胀套22向内产生巨大的抱紧力，保证试样右端被固定试样胀套22固定夹紧，如图11所示。
32.所述入射杆胀套23结构与固定试样胀套22结构相似，区别在于入射杆胀套23内套较薄，其内套的内孔与入射杆等径，如图12所示，所述试样接触套24一端的内孔与试样过盈配合，另一端的内孔分别于入射杆和透射杆过盈配合，试样接触套24作用在于使试样和杆件紧密接触，在上述固定试样胀套22、入射杆胀套23、试样接触套24的共同作用下，试样的左端和透射杆的右端被夹紧模块2夹紧且试样和杆件接触紧密，如图2所示。
33.所述调整模块1的连接板14将调整模块1连接为一个整体，所述调整模块1的传力杆15右端螺杆可与固定试样胀套22、入射杆胀套23的外环上的两侧螺孔同时配合，在所述连接板14、传力杆15、固定试样胀套22、入射杆胀套23的共同作用下，控距杆11、连接板14、传力杆15、固定试样胀套22、固定入射杆胀套23以及试样右端与胀套的连接处、入射杆共同实现了刚性一体化，撞击杆撞击控距杆后，控距杆作用于连接板14，并通过连接板14作用于传力杆15，使传力杆15向右移动，通过夹紧模块将压缩波转化成对试样的拉伸波，在shpb压变装置上实现shtb拉变试验，如图1所示。
34.本发明在shpb实验设备基础上变压为拉实现shtb实验的的具体工作过程：以图1所述示意图为例，在实验开始前，松开控距杆支撑座13底部的连接床身螺丝，调节控距杆支撑座13和花键套12整体与所述控距杆11左端圆柱面的距离，此突出圆柱面在运动开始后碰到固定在床身上的控距杆支撑座13后，控距杆11便会停止向右移动，此突出圆柱面防止了控距杆11和传力杆15无约束的向右移动，但应该了解整体装置是在右端入射杆撞击到吸收杆，并由缓冲装置吸收一部分冲击后，在撞击到此端面，这样能保证实验过程的安全性和实验仪器的耐久性，不至于让设备过早的损坏；在需要安装本发明实现拉伸功能时，原shpb实验的实验装置和仪器不变，仅需要在本发明安装前调换原设备上入射杆和透射杆的位置即可。
35.在整套装置安装好后，将除与床身连接的支撑座以外整体结构转过一个角度，矫正安装的基准为工作状态，使得两个传力杆之间的水平面于床身平行，此时花键套12和控距杆支撑座13上螺孔对齐、传力杆导轨16上的半圆突出环正好完全镶入传力杆导轨16的圆环槽中，这时整套夹具体和原shpb上的实验设备完全不会发生干涉。实验开始在气瓶的冲
击下，撞击杆从弹道中弹出，撞击到控距杆11上，在此种连接方式的紧固作用下控距杆11、连接板14、传力杆15、固定试样胀套22、固定入射杆胀套23以及试样右端与胀套的连接处、入射杆共同实现了刚性一体化，撞击杆撞击后，以上部件整体同时的向右移动，将撞击杆上的压力波实时的传递到试样右端和入射杆左端，由于固定试样胀套22、固定入射杆胀套23对试样右端和入射杆左端的胀紧作用，使得试样右端和入射杆同时向右运动；同时试样的左端被试样夹具体21夹紧，在摩檫力和摩檫力反作用力的作用下，相当于夹具体21和固定试样胀套22在试样两侧对试样同时进行拉伸，试样两端的夹紧并没有夹到试样两端的最边缘位置，而是留出一小段距离，用试样杆件接触套24分别将试样与入射杆和透射杆相连接，保证接触紧密以确保应力波信号的传递，入射杆和透射杆依旧用原shpb实验设备上的支撑导轨进行支撑，并在杆件上贴上超动态电子应变片接收试样断裂的信号，再将信号依次传递到示波器和计算机中依次进行信号分析，如图13。
36.此次设计的整套结构是通过调整模块1和夹紧模块2在原分离式霍普金森压杆实验设备基础上，通过在特定位置的安装和紧固实现了将原分离式霍普金森压杆实验设备上的撞击杆所施加的压力应力波转化成了试样左右两端的试样夹具体21和固定试样胀套22对试样向左右两侧的拉力应力波进而实现拉伸实验。
37.通常情况下，分离式霍普金森压杆实验设备和分离式霍普金森拉杆实验设备是两台设备，而且成本高、占地面积大，在分离式霍普金森压杆实验设备的基础上在一定程度上实现分离式霍普金森拉杆实验是对分离式霍普金森压杆实验设备应用范围的扩展，在一定程度上不仅可以降低成本，还可以减少实验仪器的占地范围。
38.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。