分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置，包括入射桿、入射桿接頭、透射桿接頭和透射桿，入射桿的一端采用法蘭結構，另一端與入射桿接頭之間采用螺紋連接，透射桿接頭與透射桿之間采用螺紋連接；本實用新型結構簡單、連接可靠；對應力波的傳播和試件的加載沒有消極影響；拉伸試件夾具的設計使得拉伸試件的長度減小、結構更加簡單，滿足不同硬度材料高應變率試驗應力均勻要求同時減小了試件加工時間和難度；只需要加工若干組入射桿接頭和透射桿接頭就能夠實現高應變率試驗成組進行，大大縮短試驗周期；可以適應多種性能材料的拉伸試驗，尤其實現了軟材料的高應變率拉伸試驗。
【專利說明】分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于材料動態力學研究領域，特別是一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置。
【背景技術】
[0002]分離式霍普金森拉桿裝置是基于霍普金森試驗原理,對霍普金森壓桿進行改進的用于測量材料高應變率拉伸性能的試驗裝置。霍普金森拉桿裝置同樣也需要建立在一維應力波假設和試件應力均勻假設基礎上。2000年Nemat-Nasser研制出帶有吸收桿,能實現單次加載的直接拉伸式桿-桿型霍普金森拉桿裝置。用一沿入射桿運動的管狀子彈打擊入射桿端的法蘭盤直接在入射桿中形成拉伸波，以后的傳播特性與壓桿中的壓縮波完全類似。
[0003]分離式霍普金森拉桿裝置的加載方式已經發展較成熟，然而動態拉伸加載方式使得試件的安裝和固定十分困難，尤其針對軟質復合材料，傳統SHTB裝置很難獲得的有效數據。如圖 2所不:名稱為“Tensile testing of materials at high rates of strain”的文章(Nicholas.Τ,Εχρ.Mech, 21:177 - 185，1980.)利用SHPB對入射桿加載壓縮波，當波傳到試件處，試件外的剛性套筒6將波傳遞到透射桿，壓縮波在透射桿自由端反射為拉伸波對試件進行加載，拉伸試件采用螺紋與兩桿連接；名稱為“Tension and compression testsof two polymers under quas1-static and dynamic loading” 的文章(Chen.W, PolymerTesting, 21 (2):113-121, 2002.)將兩端帶螺紋的試件直接裝夾在直接拉伸式桿-桿SHTB裝置上。這兩種拉伸試件連接方式都需要在桿件和試件之間采用螺紋連接的方式，而這種桿件和試件之間的螺紋連接使得試件處的應力波傳播十分復雜，試件中的螺紋間隙容易造成應力集中，影響試驗結果的可信度；每個試件兩端都加工成帶螺紋的啞鈴型試件7使得試驗周期大大增加，尤其是軟材料的螺紋加工難度大、固定效果不好。名稱為“Hopkinsonbar experimental technique:A critical review，，的文章(Gama.B, Applied MechanicsReviews, 57(4):223, 2004.)介紹了動態拉伸試件粘結方式，如圖3所示，將粘接式啞鈴型試件8直接粘貼在入射桿和透射桿件之間，采用直接拉伸式桿-桿型SHTB加載拉伸波。這種方式使得試驗周期很大，每次試驗都需要單獨粘接固化，啞鈴型試件粘接使得試件標距不容易確定，且試件長度較大無法實現應力均勻。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種固定效果好，試驗周期大大減短，使試件應力均勻的分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置。
[0005]實現本實用新型目的的技術解決方案為:
[0006]一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置，包括入射桿、入射桿接頭、透射桿接頭和透射桿，入射桿的一端采用法蘭結構，另一端與入射桿接頭之間采用螺紋連接，透射桿接頭與透射桿之間采用螺紋連接。
[0007]本實用新型與現有技術相比，其顯著優點:[0008]本實用新型結構簡單、連接可靠；對應力波的傳播和試件的加載沒有消極影響；拉伸試件夾具的設計使得拉伸試件的長度減小、結構更加簡單，滿足不同硬度材料高應變率試驗應力均勻要求同時減小了試件加工時間和難度；只需要加工若干組入射桿接頭和透射桿接頭就能夠實現高應變率試驗成組進行，大大縮短試驗周期；可以適應多種性能材料的拉伸試驗，尤其實現了軟材料的高應變率拉伸試驗。
[0009]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置結構示意圖。
[0011]圖2是現有技術中的間接拉伸式試件裝夾結構示意圖。
[0012]圖3是現有技術中的粘結式拉伸試件裝夾結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]結合圖1:
[0014]本實用新型一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置，包括入射桿1、入射桿接頭
2、透射桿接頭4和透射桿5，入射桿I的一端采用法蘭結構，另一端與入射桿接頭2之間采用螺紋連接，透射桿接頭4與透射桿5之間采用螺紋連接。
[0015]入射桿1、入射桿接頭2、透射桿接頭4和透射桿5同軸。
[0016]入射桿1、入射桿接頭2、透射桿接頭4和透射桿5的材料一致。
[0017]試件的兩端用粘結劑粘結在入射桿接頭2和透射桿接頭4之間。
[0018]其工作原理為:結合圖1，分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置工作過程為:管狀子彈沿入射桿I運動，撞擊到入射桿I端的法蘭盤直接在入射桿I中產生拉伸加載波。拉伸波沿入射桿I傳播至入射桿I的另一端時，入射桿I與入射桿接頭2之間的螺紋連接使得拉伸波傳遞到入射桿接頭2，經過入射桿接頭2對粘結在入射桿接頭2和透射桿接頭4之間的試件3進行拉伸加載。由于試件3材料、尺寸與桿材料不同，波在不同材料的接觸面發生反射和透射。一部分拉伸波返回入射桿接頭2和入射桿I中，成為壓縮波沿入射桿I返回；另外一部分拉伸波則透過試件3進入透射桿接頭4和透射桿5中。通過測量入射桿和透射桿上的應變信號即可獲得測試材料在高應變率下拉伸力學性能。
[0019]裝夾過程中需要注意的是，入射桿1、入射桿接頭2、試件3、透射桿接頭4和透射桿5要位于同一軸線上。
[0020]利用本實用新型的分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置對材料進行高應變率拉伸試驗時只需要加工若干組入射桿接頭2和透射桿接頭4，將試件3與入射桿接頭和透射桿接頭粘結固化好后就能夠實現高應變率試驗成組進行，大大縮短試驗周期。
【權利要求】
1.一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置，其特征在于:包括入射桿(I)、入射桿接頭(2)、透射桿接頭(4)和透射桿(5)，入射桿(I)的一端采用法蘭結構，另一端與入射桿接頭(2 )之間采用螺紋連接，透射桿接頭(4 )與透射桿(5 )之間采用螺紋連接。
2.根據權利要求1所述的一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置，其特征在于:入射桿(I)、入射桿接頭(2 )、透射桿接頭(4)和透射桿(5 )同軸。
3.根據權利要求1所述的一種分離式霍普金森拉桿試件夾具裝置，其特征在于:入射桿(I)、入射桿接頭(2 )、透射桿接頭(4 )和透射桿(5 )的材料一致。
【文檔編號】G01N3/04GK203479614SQ201320533953
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】張君發, 陳雄, 鞠玉濤, 鄭健, 周長省, 許進升, 趙超, 孫朝翔, 鈕然銘 申請人:南京理工大學