申请/专利权人：湖南科技大学

申请日：2018-11-07

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN109342222B

主分类号：G01N3/30

分类号：G01N3/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2019.03.12#实质审查的生效;2019.02.15#公开

摘要：本发明属于材料动态力学性能试验技术领域，公开一种霍普金森压杆系统，包括第一压杆和第二压杆，试件夹设在第一压杆和第二压杆之间，第一压杆和第二压杆在夹设试件的端部均包覆有支撑套，试件两端也分别被两个所述支撑套包裹，支撑套由一弹性薄板弯曲而成，在支撑套的弯曲结合处设有可开合支撑套的锁钩。通过设置可开合的支撑套包裹压杆和试件，使试件在冲击试验过程中与两根压杆始终保持接触，而不发生滑动或掉落问题，确保试件支撑稳定；第二压杆加载装置信号控制发声装置动作，使声控开关和漏电保护器连锁反应，及时将锁钩上提与支撑套脱离，支撑套随之打开，试件自由掉落，第二压杆即使发生回弹也无法接触到试件，不会对试件产生二次撞击。

主权项：1.一种霍普金森压杆系统，包括第一压杆和第二压杆，试件夹设在第一压杆和第二压杆之间，其特征在于，第一压杆和第二压杆在夹设试件的端部均包覆有支撑套，试件两端也分别被两个所述支撑套包裹，支撑套由一弹性薄板弯曲而成，在支撑套的弯曲结合处设有可开合支撑套的锁钩，支撑套上具有两个通孔，锁钩包括两个可插入通孔的插脚，锁钩包括一个非封闭钩部，锁钩通过所述非封闭钩部钩至漏电保护器的开关上；所述霍普金森压杆系统还包括与第一压杆加载装置信号连接的发声装置、接收发声装置所发声音的声控开关、分别设于第一压杆和第二压杆支撑套旁的漏电保护器，两个漏电保护器并联后与声控开关串联形成闭合回路，漏电保护器的开关位于锁钩正上方且与锁钩相接，漏电保护器的开关在正常状态下朝向锁钩方向、在工作状态下可带动锁钩上提使锁钩脱离支撑套。

全文数据：霍普金森压杆系统技术领域本发明涉及材料动态力学性能试验技术领域，具体地，涉及一种可在试验过程中稳定支撑试件的霍普金森压杆系统。背景技术材料在高速冲击（高应变率）下的动态力学性能与低应变率下的准静态力学性能有着较大的差别，而霍普金森（Hopkinson）压杆实验系统是进行材料动态压缩力学性能研究最常用的手段。根据霍普金森压杆实验系统的特点，在实验过程中，试件需要夹持在两根霍普金森杆之间，并且不考虑杆与试件端面的摩擦效应。为此，实验时通常在试件两端面涂一层薄而均匀的润滑剂，以尽量减小摩擦的影响。对于轻质材料试件，如此处理可以保持试件处于正确的位置，但对于密度较高的材料试件，由于摩擦力很小，在重力的作用下，试件会慢慢向下滑动甚至掉落，导致实验的失败。霍普金森压杆系统中冲击杆末端本应与其配套的阻尼器距离较远，但在实际实验中冲击杆与阻尼器的距离很近，无法很好地卸载冲击力，将发生不同程度的回弹而对试件造成二次撞击，影响试件受力后的破坏形式，导致实验失败。发明内容本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种可在冲击试验过程中防止试件滑落、冲击后防止试件发生二次撞击的霍普金森压杆系统。本发明的目的通过以下技术方案实现：一种霍普金森压杆系统，包括第一压杆和第二压杆，试件夹设在第一压杆和第二压杆之间，第一压杆和第二压杆在夹设试件的端部均包覆有支撑套，试件两端也分别被两个所述支撑套包裹，支撑套由一弹性薄板弯曲而成，在支撑套的弯曲结合处设有可开合支撑套的锁钩。第一压杆上连接有加载装置用于提供载荷，进一步地，还包括与第一压杆加载装置信号连接的发声装置、接收发声装置所发声音的声控开关、分别设于第一压杆和第二压杆支撑套旁的漏电保护器，两个漏电保护器并联后与声控开关串联形成闭合回路，漏电保护器的开关位于锁钩正上方且与锁钩相接，漏电保护器的开关在正常状态下朝向锁钩方向、在工作状态下可带动锁钩上提使锁钩脱离支撑套。更进一步地，支撑套上具有两个通孔，锁钩包括两个可插入通孔的插脚。再进一步地，支撑套材料为橡胶。进一步地，锁钩包括一个非封闭钩部，锁钩通过所述非封闭钩部钩至漏电保护器的开关上。进一步地，发声装置包括子弹发射筒、子弹和供子弹撞击发声的撞击靶，撞击靶靠近声控开关设置。进一步地，漏电保护器的反应时间小于0.001s。进一步地，试件被第一压杆和第二压杆夹持的位置下方设有试件收纳箱用于接收掉落的试件。更进一步地，试件收纳箱内布置有缓冲物。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1）本发明通过设置可开合的支撑套包裹压杆和试件，使试件在冲击试验过程中可与两根压杆始终保持接触，而不会发生滑动或掉落问题，确保试件支撑稳定；2）第一压杆加载装置信号控制发声装置动作，使声控开关和漏电保护器发生连锁反应，及时将锁钩上提与支撑套脱离，支撑套随之打开，试件和支撑套均自由掉落，此后第二压杆即使发生回弹也无法接触到试件，不会对试件产生二次撞击；3）锁钩上设置插脚与支撑套上的通孔配合，可使支撑套开合更灵活，插脚在被上提时可顺利脱出通孔，此外，插脚与通孔的接触和分离动作规整，不会损坏支撑套，支撑套可反复使用；4）锁钩与漏电保护器的开关可分离连接，便于锁钩的安装；5）试件掉落后直接落入设有缓冲物的收纳箱内，可确保试件不产生跌落上，即进一步保持试件受第二压杆的冲击力后的破坏形式，提高试验成功率。附图说明图1为实施例1所述的霍普金森压杆系统的整体结构示意图；图2为图1中霍普金森压杆系统的局部结构示意图；图3为实施例1所述的支撑套、锁钩与漏电保护器的开关三者连接关系图；图4为支撑套约束解除后的复原状态图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例1如图1所示，提供一种霍普金森压杆系统，其包括第一压杆11和第二压杆12，试件（未示出）夹设在第一压杆11和第二压杆12之间，第一压杆与加载装置相连并对试件产生冲击，第一压杆11和第二压杆12在夹设试件的端部均包覆有支撑套2，试件两端也分别被该两个支撑套2包裹，即支撑套一端包裹压杆、一端包裹试件。具体地，为便于试件的顺利夹持和包裹，将支撑套2设为由一弹性薄板弯曲而成，弹性薄板的长度为可供支撑套包覆至各压杆外周时在弯曲结合处形成无缝对接，在支撑套2的弯曲结合处设有可开合支撑套的锁钩3。在将试件夹持至第一压杆11和第二压杆12之间后，手动将两个支撑套2分别沿第一压杆11和第二压杆12外周弯曲直至包覆相应压杆和试件，再将锁钩3将弯曲结合处钩住使支撑套2成型，确保试件进行冲击试验时被稳定夹持，试件被冲击时与第一压杆及第二压杆处于同心位置。本实施例的霍普金森压杆系统除实现试件试验过程的稳定夹持外，还考虑到第二压杆12发生冲击回弹可能撞击到试件的问题，为避免试件受二次撞击干涉到其冲击破坏形式，本实施例还设置了与第一压杆加载装置信号连接的发声装置4、接收发声装置4所发声音的声控开关5、分别设于第一压杆和第二压杆支撑套2旁的漏电保护器6，如图2所示，声控开关5与电源7连接，两个漏电保护器6并联后与声控开关5及电源7串联形成闭合回路，漏电保护器6的开关61位于锁钩3正上方且与锁钩相接，漏电保护器的开关61在正常状态下朝向锁钩3方向、在工作状态下可带动锁钩3上提使锁钩脱离支撑套2。当加载装置工作，使第一压杆12冲击试件，发声装置随即发出声响，声控开关5及时捕捉声音信号并打开，使电流进入接有漏电保护器6的电路中，由于电路中没有用电器，电路发生短路，漏电保护器6立即发生“跳闸”现象，“跳闸”开关（即漏电保护器的开关）的动力将拉动锁钩3上提，此后，锁钩3与支撑套2脱离，支撑套2因为是弹性薄板，当失去锁钩3的约束后，支撑套2将立即复原打开的薄板状并从各压杆处分离，此时，试件也不再受支撑套2的约束，将在重力作用下自由落体，第二压杆12发生回弹时将无法再次接触到试件。为使锁钩3上提时，锁钩3能轻松顺利地与支撑套2脱离，优选地在支撑套2的弯曲结合处设置两个通孔21（两个通孔分别在弹性薄板的长度方向两端），如图3所示，锁钩3则设置两个可插入通孔的插脚，更具体地说，弯曲成型的支撑套的通孔为呈朝支撑套轴心倾斜状，通孔对称布置，两个插脚的倾斜方向与通孔倾斜方向一致，通孔的大小与插脚适配，也可稍小一点点，插脚插入通孔后依靠其与支撑套材料的摩擦力可完全确保不发生自主松脱。本实施例的支撑套材料为硬橡胶，可在外力作用下稳定成型，在没外力作用下可迅速复原成如图4所示的薄板状。为便于锁钩的安装，锁钩还包括一个非封闭钩部，锁钩通过该非封闭钩部钩至漏电保护器的开关上，如此，锁钩可随时从漏电保护器上取下。具体地，发声装置包括子弹发射筒、子弹和供子弹撞击发声的撞击靶，撞击靶靠近声控开关设置。子弹发射筒内设有气压阀，气压阀外接高压气体输入通道，当高压气体被输送至气压阀处，气压阀打开，高压气体膨胀推动子弹前进直至发射至撞击靶上发出响声。通过高压气体推动子弹前进的方式在现有技术的很多装置中都有迹可循，在此不作过多记载。为确保试件与各压杆脱离的及时性，本实施例的漏电保护器选用高敏度漏电保护器，其反应时间小于0.001s，在声控开关工作后，漏电保护器可迅速反应，使支撑套打开。试件在自由下落后，仍可能与地面或本系统的某些部件产生碰撞而发生破坏，为避免试件产生这种不必要的二次破坏，可在试件被第一压杆和第二压杆夹持的位置下方设置一试件收纳箱（未示出）用于接收掉落的试件，试件收纳箱的大小需覆盖试件可能掉落的位置区域，确保试件百分百落入试件收纳箱内，同时试件收纳箱内还布置有缓冲物，一般地缓冲物为海绵或泡沫棉，试件掉到缓冲物上不会产生任何刚性碰撞，使试件维持被第一压杆冲击的破坏状态，确保试验一次成功。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

权利要求：1.一种霍普金森压杆系统，包括第一压杆和第二压杆，试件夹设在第一压杆和第二压杆之间，其特征在于，第一压杆和第二压杆在夹设试件的端部均包覆有支撑套，试件两端也分别被两个所述支撑套包裹，支撑套由一弹性薄板弯曲而成，在支撑套的弯曲结合处设有可开合支撑套的锁钩。2.根据权利要求1所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，还包括与第一压杆加载装置信号连接的发声装置、接收发声装置所发声音的声控开关、分别设于第一压杆和第二压杆支撑套旁的漏电保护器，两个漏电保护器并联后与声控开关串联形成闭合回路，漏电保护器的开关位于锁钩正上方且与锁钩相接，漏电保护器的开关在正常状态下朝向锁钩方向、在工作状态下可带动锁钩上提使锁钩脱离支撑套。3.根据权利要求2所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，支撑套上具有两个通孔，锁钩包括两个可插入通孔的插脚。4.根据权利要求1～3任意一项所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，支撑套材料为橡胶。5.根据权利要求2所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，锁钩包括一个非封闭钩部，锁钩通过所述非封闭钩部钩至漏电保护器的开关上。6.根据权利要求2所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，发声装置包括子弹发射筒、子弹和供子弹撞击发声的撞击靶，撞击靶靠近声控开关设置。7.根据权利要求2所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，漏电保护器的反应时间小于0.001s。8.根据权利要求2所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，试件被第一压杆和第二压杆夹持的位置下方设有试件收纳箱用于接收掉落的试件。9.根据权利要求8所述的霍普金森压杆系统，其特征在于，试件收纳箱内布置有缓冲物。

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