用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置制造方法
【专利摘要】一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，夹持机构、两套隔热机构和定位机构相互独立、联合使用：将两套隔热机构通过转轴对称的固定在管式加热炉两端的端面上，并使两套隔热机构中的隔热阀板相对。两套隔热机构中的隔热阀板与管式加热炉两端同心。转动支撑挡板，使嵌装在支撑挡板上的隔热机构转动，并通过隔热阀板对管式加热炉两端炉膛口实施开启或关闭，从而实现对管式加热炉两端炉膛口的控制。当管式加热炉炉膛口开启时，将支撑挡板转动至固定板处，使支撑挡板的圆周表面与固定板的凹弧面贴合，对支撑挡板起到了安放和定位的作用；当支撑挡板的圆周表面与固定板的凹弧面贴合后，位于支撑挡板边缘处的固定杆嵌入固定板竖直边上的卡槽内并卡紧，以固定隔热阀板，防止其在冲击试验中的震动。
【专利说明】用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料高温动力实验研究领域，具体是一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置。
【背景技术】
[0002]利用霍普金森压杆进行材料高温动态力学性能的测试，有两种途径:
[0003]一是需将试件以及小部分波导杆放入高温加热装置中同时进行加热。名称为“SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究”的文章(夏开文等，实验力学，1998，Vol.13，第3期，PP.307-313)公开了一种附有恒温加热炉的SHPB装置，利用一维应力波传播理论和传热学原理，对材料的高温动态力学性能进行了测量。利用该装置进行的高温动力试验，将不可避免地在输入、输出杆上形成温度梯度，而温度梯度的存在将对测量精度产生一定影响，因此在进行数据处理时，需采取各种方式对实验信号进行相应的修正，需要测试压杆中的温度分布，而且由于在试验过程中加温、短时保温以及降温的反复过程会改变压杆的微观结构，进而影响压杆的力学性能，所以极大地增加了数据处理的困难。
[0004]二是波导杆与试件进行分离，只对试件进行加热。名称为“SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究”的文章(张方举等，实验力学，2005，Vol.20，第2期，PP.281-284)公开了一套SHPB系统高温实验自动组装装置，实验前对试件加热并自动保温，波导杆则置于加热炉外，实验时进行瞬态组装，但实验的同步对接较为困难。另外，名称为“用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置”的发明专利(专利号:ZL200610021096.5)描述了一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，试验前保持杆件与试件处于隔离状态，试验时减少杆件与试件的接触时间，但对实验的操作要求较高。
[0005]与第一种实验方法相比，第二种方法数据处理简单，可实现的加热温度范围大，得到了较为广泛的应用。名称为“用于霍普金森压杆试验的加热装置”的发明专利(专利号:ZL201110189838.6)公开了一种用于霍普金森压杆实验的加热装置，通过对加热炉方向的调节，实现了杆件与试件的定位及加热，但存在以下三个缺陷:
[0006]1.试件在从高温加热装置转移至霍普金森压杆实验装置过程中因远离热源而造成的温度降低无法得到有效控制；
[0007]2.冲击加载实验中，与高温试件的接触造成杆件中依然存在温度梯度，进而影响实验的可靠性及有效性；
[0008]3.高温试件与霍普金森压杆实验装置的对接定位，以及由于试件及加热装置的高温导致的实验操作的复杂性和人员的危险性增加。
【发明内容】
[0009]为了克服现有技术中存在的试件转移过程中的温度降低，与高温试件接触所造成的杆件中的温度梯度，高温试件与实验装置的对接定位导致的实验操作的复杂，以及存在安全隐患的不足，本发明提出了一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置。[0010]本发明包括夹持机构、隔热机构和定位机构。所述的夹持机构、两套隔热机构和定位机构相互独立、联合使用。其中:
[0011]所述夹持机构包括夹具、连接外罩和保温内罩。在该夹具夹杆的夹持端的内侧分别有中空的半球形连接外罩，并且两个连接外罩的开口相对。在连接外罩空腔的内壁上分别黏贴有保温内罩。所述保温内罩为壳体，采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成，其形状与连接外罩空腔的形状相适应。所述保温内罩的内腔略大于1/2试件的外形尺寸。
[0012]所述隔热机构包括支撑挡板、转轴、隔热阀板、固定板和固定杆。隔热阀板嵌装在支撑挡板的一个表面上。隔热阀板通过轴承安装在转轴上。该转轴的一端固定在管式加热炉两端的端面上。固定板亦固定在管式加热炉两端的端面上，并使固定板上的卡槽与固定在隔热阀板另一个表面下边缘处的固定杆对应。
[0013]所述定位机构由一组垫块、一组底座和两个推杆组成。底座固定在垫块的下表面，用于将垫块固定在管式加热炉端面的炉膛口处。在推杆一端的端头处有半圆形的推板。
[0014]所述支撑挡板的外径大于管式加热炉两端的炉膛口 ；支撑挡板的内径与隔热阀板的最大外径相同，并使隔热阀板嵌装入该支撑挡板的内孔后，两者之间干涉配合，从而将所述隔热阀板固紧在支撑挡板内。在支撑挡板一侧圆周表面有径向凸出的连接耳片。在所述连接耳片上有转轴的安装孔。
[0015]所述隔热阀板采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成。隔热阀板共三层，呈塔状，第一层和第二层为圆柱，第三层为角度为60°的圆锥台。隔热阀板第一层的直径与管式加热炉两端炉膛口的内径相同，第二层的直径略小于第一层的直径，第三层的底面直径与第二层的直径相同。三层隔热阀板同心。以使隔热阀板7与管式加热炉紧密贴合。
[0016]所述固定板的横截面呈L形。固定板的表面为弧形，该弧形的曲率与支撑挡板圆周表面的曲率相适应。位于固定板表面边缘处的竖直边上有卡槽，该卡槽的宽度与固定在隔热阀板另一个表面下边缘处的固定杆直径相同。
[0017]所述垫块内凹面的曲率与管式加热炉炉膛的曲率相同；在所述垫块的内凹面上黏贴有碳纤维保温硬毡。所述推板的半径与试件的半径相同。
[0018]使用时，将两套隔热机构通过转轴对称的固定在管式加热炉两端的端面上，并使两套隔热机构中的隔热阀板相对。两套隔热机构中的隔热阀板与管式加热炉两端同心。转动支撑挡板，使嵌装在支撑挡板上的隔热机构转动，并通过隔热阀板对管式加热炉两端炉膛口实施开启或关闭，从而实现对管式加热炉两端炉膛口的控制。当管式加热炉炉膛口开启时，将支撑挡板转动至固定板处，使支撑挡板的圆周表面与固定板的凹弧面贴合，对支撑挡板起到了安放和定位的作用；当支撑挡板的圆周表面与固定板的凹弧面贴合后，位于支撑挡板边缘处的固定杆嵌入固定板竖直边上的卡槽内并卡紧，以固定隔热阀板，防止其在冲击试验中的震动。
[0019]本发明是在ZL201110189838.6中公开的“用于霍普金森压杆试验的加热装置”的基础之上进行了改进，进一步提出了一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置。本发明不仅能够解决高温霍普金森压杆实验过程中高温试件的温降问题，保证实验的有效性和可靠性，而且降低了实验过程中人员操作的危险性、提高了实验的效率。
[0020]本发明中，夹持机构、隔热机构、定位机构共同组成了用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置。三个机构彼此之间协同工作，从试件自高温加热装置转移至管式加热炉、试件与实验装置的对接定位和实验装置的组装等三个可能造成高温试件热量损耗、温度降低的过程，全方位实时控制高温试件的温降，使试件始终保持在一个相对封闭的高温环境内，大大降低了高温试件与外部低温环境的接触时间，隔绝了高温试件的热量损耗，解决了高温试件的温降问题，减小了实验的误差，延长了实验装置的寿命，提高了实验的效率；同时，避免了操作人员与高温试件及高温装置的近距离接触，降低了试验过程中人员操作的危险性。而且本发明成本低廉，操作方便，装置简单，可在材料的高温霍普金森压杆实验中得到广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明与管式加热炉配合的外部示意图。
[0022]图2为本发明与管式加热炉配合的内部示意图。
[0023]图3为夹持机构的结构示意图。
[0024]图4为隔热机构内侧表面的结构示意图。
[0025]图5为隔热机构外侧表面的结构示意图。
[0026]图6为定位机构的结构示意图。
[0027]附图中:
[0028]1.夹具；2.连接外罩；3.保温内罩；4.试件；5.支撑挡板；6.转轴；7.隔热阀板；8.固定板；9.固定杆；10.管式加热炉；11.垫块；12.底座；13.推杆；14.推板。
【具体实施方式】
[0029]如图1和2所示，本实施例是一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，包括夹持机构、隔热机构和定位机构。所述的夹持机构、两套隔热机构和定位机构相互独立、联合使用。
[0030]如图3所示。所述夹持机构包括夹具1、连接外罩2和保温内罩3。夹持机构的夹具I采用常规的钳式夹具。在该夹具夹杆的夹持端的内侧分别有中空的半球形连接外罩2，并且两个连接外罩2的开口相对。在连接外罩2空腔的内壁上分别黏贴有保温内罩3。所述保温内罩3为壳体，采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成，其形状与连接外罩2空腔的形状相适应。所述保温内罩3的内腔略大于1/2试件4的外形尺寸，以方便夹持试件。
[0031]如图4和图5所示。两套隔热机构的结构相同，均由支撑挡板5、转轴6、隔热阀板
7、固定板8和固定杆9组成。隔热阀板7嵌装在支撑挡板5的一个表面上。隔热阀板7通过轴承安装在转轴6上。该转轴6的一端固定在管式加热炉10两端的端面上。固定板8亦固定在管式加热炉两端的端面上，并使固定板8上的卡槽与固定在隔热阀板7另一个表面下边缘处的固定杆9对应。
[0032]所述支撑挡板5为中空圆形板件。该支撑挡板5的外径大于管式加热炉10两端的炉膛口 ；支撑挡板5的内径与隔热阀板7的最大外径相同，并使隔热阀板7嵌装入该支撑挡板的内孔后，两者之间干涉配合，从而将所述隔热阀板7固紧在支撑挡板5内。在支撑挡板5 —侧圆周表面有径向凸出的连接耳片。在所述连接耳片上有转轴6的安装孔。
[0033]所述隔热阀板7采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成。隔热阀板7共三层，呈塔状，第一层和第二层为圆柱，第三层为角度为60°的圆锥台。隔热阀板7第一层的直径与管式加热炉两端炉膛口的内径相同，第二层的直径略小于第一层的直径，第三层的底面直径与第二层的直径相同。三层隔热阀板同心。以使隔热阀板7与管式加热炉紧密贴合。
[0034]所述固定板8的横截面呈L形。固定板8的表面为弧形，该弧形的曲率与支撑挡板5圆周表面的曲率相适应。位于固定板8表面边缘处的竖直边上有卡槽，该卡槽的宽度与固定在隔热阀板7另一个表面下边缘处的固定杆9直径相同。
[0035]使用时，将两套隔热机构通过转轴6对称的固定在管式加热炉10两端的端面上，并使两套隔热机构中的隔热阀板7相对，即使两套隔热机构中的隔热阀板7均朝向所在试件端的端面。两套隔热机构中的隔热阀板7与管式加热炉两端同心。转动支撑挡板5，使嵌装在支撑挡板5上的隔热机构转动，并通过隔热阀板7对管式加热炉10两端炉膛口实施开启或关闭，从而实现对管式加热炉10两端炉膛口的控制。当管式加热炉10炉膛口开启时，将支撑挡板5转动至固定板8处，使支撑挡板5的圆周表面与固定板8的凹弧面贴合，对支撑挡板起到了安放和定位的作用；当支撑挡板5的圆周表面与固定板8的凹弧面贴合后，位于支撑挡板5边缘处的固定杆9嵌入固定板竖直边上的卡槽内并卡紧，以固定隔热阀板7，防止其在冲击试验中的震动。
[0036]如图6所示。定位机构由一组垫块11、一组底座12和两个推杆13组成。
[0037]所述垫块11为圆弧形块状，其内凹面的曲率与管式加热炉炉膛的曲率相同；在所述垫块11的圆弧凹面上黏贴耐高温的碳纤维保温硬毡。底座12固定在垫块11的下表面，用于将垫块11固定在管式加热炉10端面的炉膛口处。两个推杆13结构相同，均为半圆形的杆件，在推杆13 —端的端头处有半圆形的推板14,该推板14的半径与试件4的半径相同，以方便试件4准确定位。垫块11的内径略大于连接外罩2的外径，以便于放置试件4时连接外罩2的打开。垫块11可根据需要随时拆卸，方便实验的进行。
[0038]本实施例用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置的操作流程是:
[0039]第一步，采用夹持机构，从高温加热装置中取出已完成高温加热的试件4，并使试件4位于夹持机构保温内罩内，处于封闭的环境之中，防止其在转移过程中的温降以及高温试件对操作人员和实验装置造成的热辐射。
[0040]第二步，首先，将一个推杆13从未设置垫块11的管式加热炉的一侧推进到炉膛内指定位置；然后，在另一侧，将试件4放置在垫块11的上边缘，另一个推杆13的推板14的表面与试件的端面贴合，并利用推杆13将试件4迅速推进至管式加热炉10内，直至指定位置，试件定位完毕。这个过程中，保持管式加热炉的炉膛口处于开启状态。
[0041]第三步，关闭支撑挡板5，迅速进行高温霍普金森压杆实验冲击前的准备工作。
[0042]第四步，待准备工作完成后，迅速转动支撑挡板5并通过固定杆9使其固定于固定板8中。进行冲击试验。
【权利要求】
1.一种用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，其特征在于，包括夹持机构、隔热机构和定位机构；所述的夹持机构、两套隔热机构和定位机构相互独立、联合使用；其中: 所述夹持机构包括夹具、连接外罩和保温内罩；在该夹具夹杆的夹持端的内侧分别有中空的半球形连接外罩，并且两个连接外罩的开口相对；在连接外罩空腔的内壁上分别黏贴有保温内罩；所述保温内罩为壳体，采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成，其形状与连接外罩空腔的形状相适应；所述保温内罩的内腔略大于1/2试件的外形尺寸； 所述隔热机构包括支撑挡板、转轴、隔热阀板、固定板和固定杆；隔热阀板嵌装在支撑挡板的一个表面上；隔热阀板通过轴承安装在转轴上；该转轴的一端固定在管式加热炉两端的端面上；固定板亦固定在管式加热炉两端的端面上，并使固定板上的卡槽与固定在隔热阀板另一个表面下边缘处的固定杆对应； 所述定位机构由一组垫块、一组底座和两个推杆组成；底座固定在垫块的下表面，用于将垫块固定在管式加热炉端面的炉膛口处；在推杆一端的端头处有半圆形的推板。
2.如权利要求1所述用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，其特征在于，所述支撑挡板的外径大于管式加热炉两端的炉膛口 ；支撑挡板的内径与隔热阀板的最大外径相同，并使隔热阀板嵌装入该支撑挡板的内孔后，两者之间干涉配合，从而将所述隔热阀板固紧在支撑挡板内；在支撑挡板一侧圆周表面有径向凸出的连接耳片；在所述连接耳片上有转轴的安装孔。
3.如权利要求1所述用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，其特征在于，所述隔热阀板采用耐高温性能优良的碳纤维保温硬毡制成；隔热阀板共三层，呈塔状，第一层和第二层为圆柱，第三层为角度为60°的圆锥台；隔热阀板第一层的直径与管式加热炉两端炉膛口的内径相同，第二层的直径略小于第一层的直径，第三层的底面直径与第二层的直径相同；三层隔热阀板同心；以使隔热阀板与管式加热炉紧密贴合。
4.如权利要求1所述用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，其特征在于，所述固定板的横截面呈L形；固定板的表面为弧形，该弧形的曲率与支撑挡板圆周表面的曲率相适应；位于固定板表面边缘处的竖直边上有卡槽，该卡槽的宽度与固定在隔热阀板另一个表面下边缘处的固定杆直径相同。
5.如权利要求1所述用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，其特征在于，所述垫块内凹面的曲率与管式加热炉炉膛的曲率相同；在所述垫块的内凹面上黏贴有碳纤维保温硬毡；所述推板的半径与试件的半径相同。
6.如权利要求1所述用于高温霍普金森压杆实验的试件温度控制装置，其特征在于，使用时，将两套隔热机构通过转轴对称的固定在管式加热炉两端的端面上，并使两套隔热机构中的隔热阀板相对；两套隔热机构中的隔热阀板与管式加热炉两端同心；转动支撑挡板，使嵌装在支撑挡板上的隔热机构转动，并通过隔热阀板对管式加热炉两端炉膛口实施开启或关闭，从而实现对管式加热炉两端炉膛口的控制；当管式加热炉炉膛口开启时，将支撑挡板转动至固定板处，使支撑挡板的圆周表面与固定板的凹弧面贴合，对支撑挡板起到了安放和定位的作用；当支撑挡板的圆周表面与固定板的凹弧面贴合后，位于支撑挡板边缘处的固定杆嵌入固定板竖直边上的卡槽内并卡紧，以固定隔热阀板，防止其在冲击试验中的震动。
【文档编号】G01N3/02GK203551408SQ201320713527
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】刘石, 许金余, 陈腾飞, 王鹏, 方新宇 申请人:中国人民解放军空军工程大学