專利名稱：一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種材料力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于非均質(zhì)、多相脆性材料如混凝土、巖石、泡沫材料和工程陶瓷復(fù)合材料等計(jì)及 細(xì)觀結(jié)構(gòu)和損傷演化的動(dòng)態(tài)本構(gòu)特性的研究，已成為當(dāng)前力學(xué)、材料學(xué)界和工程界共同注 目的跨學(xué)科前沿性研究熱點(diǎn)。以工程界最廣泛應(yīng)用的混凝土為代表，現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)愈來 愈多地應(yīng)考慮承受變化劇烈的沖擊載荷，如各種防護(hù)結(jié)構(gòu)、核反應(yīng)容器外殼、海洋工程結(jié) 構(gòu)和橋梁等，在遭受武器攻擊、爆炸、地震、海浪等沖擊載荷時(shí)，都必須計(jì)及混凝土中波傳播 及其率相關(guān)的沖擊動(dòng)態(tài)本構(gòu)特性。眾所周知，混凝土沖擊特性的實(shí)驗(yàn)研究，不論在國(guó)外或國(guó)內(nèi)，首選都采用霍普金森 試驗(yàn)技術(shù)。然而，混凝土是細(xì)觀上含有不同大小骨料的非均質(zhì)材料，在研究其宏觀本構(gòu)特性 時(shí)，就要求試件桿徑至少比骨料尺寸大一個(gè)量級(jí)(即試件的桿徑為骨料尺寸的10倍)，以保 證試驗(yàn)結(jié)果在宏觀意義上的有效性。目前最大的霍普金森壓桿裝置的直徑小于100mm，因 此，目前文獻(xiàn)所報(bào)導(dǎo)的對(duì)于霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)結(jié)果仍限于水泥砂漿或細(xì)骨料混凝 土，而實(shí)際工程用混凝土的骨料一般是20mm連續(xù)級(jí)配，甚至更大，這就要求霍普金森壓桿 的直徑大于150mm，需要發(fā)展更大尺寸的霍普金森動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。但霍普金森動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn) 方法必須滿足“一維應(yīng)力波”和“應(yīng)力應(yīng)變沿試件長(zhǎng)度均勻分布”這兩個(gè)基本假定，如果簡(jiǎn)單 地增大霍普金森壓桿的直徑，將破壞“一維應(yīng)力波”的基本假定，帶來顯著的橫向慣性效應(yīng)， 直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，因此常規(guī)霍普金森壓桿技術(shù)和方法無法滿足工程混凝土等材 料的動(dòng)態(tài)壓縮性能的實(shí)驗(yàn)研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能對(duì)符合工程實(shí)際的大尺寸混凝土 進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)研究，且保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果在宏觀意義上的有效性的霍普金森壓桿動(dòng) 態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓 縮實(shí)驗(yàn)裝置，其它包括支架和撞擊桿，所述的支架上固定設(shè)置有導(dǎo)軌，所述的撞擊桿與所 述的導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，所述的導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)置有入射束桿和透射束桿，所述的入射束桿由多根入 射單桿組成，所述的透射束桿由多根透射單桿組成，所述的入射單桿和所述的透射單桿 的橫截面形狀相同且數(shù)量相等，每對(duì)入射單桿和透射單桿組成一對(duì)滿足一維應(yīng)力波條件 OiW + o^t) = ot(t)的霍普金森壓桿，其中0i(t)表示入射單桿上的入射波，Ojt) 表示入射單桿上的反射波，。t(t)表示透射單桿上的透射波，每根入射單桿和每根透射單 桿上均貼設(shè)有用于測(cè)量入射波、反射波和透射波的應(yīng)變片，所述的應(yīng)變片與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀 電連接。[0006]所述的撞擊桿的上端部固定設(shè)置有滑塊，所述的滑塊與所述的導(dǎo)軌滑動(dòng)配合。所述的滑塊的材料為輕質(zhì)高分子材料，所述的撞擊桿的材料為鋼，由于輕質(zhì)高分 子材料的波阻抗比鋼的波阻抗小很多，因此滑塊不會(huì)影響入射應(yīng)力波的加載波形。所述的入射束桿的長(zhǎng)度大于所述的撞擊桿長(zhǎng)度的兩倍，所述的透射束桿的長(zhǎng)度大 于所述的撞擊桿的長(zhǎng)度。所述的入射束桿的上端部設(shè)置有整形片，保證撞擊桿同步撞擊入射束桿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)撞擊桿沿導(dǎo)軌自由落體并撞擊入射束桿 產(chǎn)生沖擊壓縮波，對(duì)放置在入射束桿和透射束桿之間的試件進(jìn)行加載，由于由多根入射單 桿組成大尺寸入射束桿，由多根透射單桿組成大尺寸透射束桿，因此單桿的橫向彌散效應(yīng) 可以忽略，使其滿足一維應(yīng)力波的假定；每對(duì)入射單桿和透射單桿組成一對(duì)滿足一維應(yīng)力 波條件的霍普金森壓桿，可以方便采用傳統(tǒng)霍普金森技術(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試和分析方法，實(shí) 現(xiàn)對(duì)符合工程實(shí)際的大尺寸混凝土的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)研究；而且每根單桿上都貼設(shè)有應(yīng)變 片，由于不同對(duì)單桿內(nèi)反射波和透射波有可能反映試件不同部位的損傷演化和局部破壞特 征，通過反分析，可探討混凝土試樣在沖擊過程中的裂紋演化特性。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A處的束桿的橫截面示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖所示，一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，它包括支架1、入射束桿3、透射 束桿4和用鋼制成的撞擊桿2，入射束桿3的長(zhǎng)度大于撞擊桿2長(zhǎng)度的兩倍，透射束桿4的 長(zhǎng)度大于撞擊桿2的長(zhǎng)度，撞擊桿2的上端部固定設(shè)置有用輕質(zhì)高分子材料制成的滑塊21， 支架1上固定設(shè)置有導(dǎo)軌12，滑塊21與導(dǎo)軌12滑動(dòng)配合，入射束桿3和透射束桿4從上至 下設(shè)置在導(dǎo)軌12中，入射束桿3的上端部設(shè)置有整形片8，入射束桿3由多根入射單桿31 組成，透射束桿4由多根透射單桿41組成，入射單桿31和透射單桿41的橫截面形狀相同 且數(shù)量相等，每對(duì)入射單桿31和透射單桿41組成一對(duì)滿足一維應(yīng)力波條件。JtHc^a) =σ t(t)的霍普金森壓桿，其中ο Jt)表示入射單桿31上的入射波，σ Jt)表示入射單 桿31上的反射波，ο t(t)表示透射單桿41上的透射波，每根入射單桿31和每根透射單桿 41上均貼設(shè)有應(yīng)變片(圖中未顯示)，應(yīng)變片與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(圖中未顯示)電連接。上述實(shí)施例中，也可以將整個(gè)裝置橫放，此時(shí)可省去固定在撞擊桿2端部的滑塊 21，而在實(shí)驗(yàn)時(shí)，撞擊桿2只要通過一個(gè)現(xiàn)有的發(fā)射裝置給其一個(gè)撞擊速度即可。
權(quán)利要求一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于它包括支架和撞擊桿，所述的支架上固定設(shè)置有導(dǎo)軌，所述的撞擊桿與所述的導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，所述的導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)置有入射束桿和透射束桿，所述的入射束桿由多根入射單桿組成，所述的透射束桿由多根透射單桿組成，所述的入射單桿和所述的透射單桿的橫截面形狀相同且數(shù)量相等，每對(duì)入射單桿和透射單桿組成一對(duì)滿足一維應(yīng)力波條件σi(t)+σr(t)＝σt(t)的霍普金森壓桿，其中σi(t)表示入射單桿上的入射波，σr(t)表示入射單桿上的反射波，σt(t)表示透射單桿上的透射波，每根入射單桿和每根透射單桿上均貼設(shè)有應(yīng)變片，所述的應(yīng)變片與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的撞擊 桿的上端部固定設(shè)置有滑塊，所述的滑塊與所述的導(dǎo)軌滑動(dòng)配合。
3.如權(quán)利要求2所述的一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的滑塊 的材料為輕質(zhì)高分子材料，所述的撞擊桿的材料為鋼。
4.如權(quán)利要求1所述的一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的入射 束桿的長(zhǎng)度大于所述的撞擊桿長(zhǎng)度的兩倍，所述的透射束桿的長(zhǎng)度大于所述的撞擊桿的長(zhǎng) 度。
5.如權(quán)利要求1所述的一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的入射 束桿的上端部設(shè)置有整形片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種霍普金森壓桿動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，特點(diǎn)是它包括支架和撞擊桿，支架上固定設(shè)置有導(dǎo)軌，撞擊桿與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)置有入射束桿和透射束桿，入射束桿由多根入射單桿組成，透射束桿由多根透射單桿組成，每對(duì)入射單桿和透射單桿組成一對(duì)滿足一維應(yīng)力波條件的霍普金森壓桿；優(yōu)點(diǎn)是可以忽略每根單桿的應(yīng)力波橫向彌散效應(yīng)，使其滿足一維應(yīng)力波的假定；可以方便采用傳統(tǒng)霍普金森技術(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試和分析方法，從而可實(shí)現(xiàn)符合工程實(shí)際的大尺寸混凝土的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)G01N3/30GK201589739SQ20102004949
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者周剛毅, 張勝林, 董新龍 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)