专利名称：一种霍普金森压杆动态压缩实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料力学特性的实验装置，尤其涉及一种霍普金森压杆动态压缩实验装置。
背景技术：
对于非均质、多相脆性材料如混凝土、岩石、泡沫材料和工程陶瓷复合材料等计及 细观结构和损伤演化的动态本构特性的研究，已成为当前力学、材料学界和工程界共同注 目的跨学科前沿性研究热点。以工程界最广泛应用的混凝土为代表，现代混凝土结构愈来 愈多地应考虑承受变化剧烈的冲击载荷，如各种防护结构、核反应容器外壳、海洋工程结 构和桥梁等，在遭受武器攻击、爆炸、地震、海浪等冲击载荷时，都必须计及混凝土中波传播 及其率相关的冲击动态本构特性。众所周知，混凝土冲击特性的实验研究，不论在国外或国内，首选都采用霍普金森 试验技术。然而，混凝土是细观上含有不同大小骨料的非均质材料，在研究其宏观本构特性 时，就要求试件杆径至少比骨料尺寸大一个量级(即试件的杆径为骨料尺寸的10倍)，以保 证试验结果在宏观意义上的有效性。目前最大的霍普金森压杆装置的直径小于100mm，因 此，目前文献所报导的对于霍普金森压杆动态冲击试验结果仍限于水泥砂浆或细骨料混凝 土，而实际工程用混凝土的骨料一般是20mm连续级配，甚至更大，这就要求霍普金森压杆 的直径大于150mm，需要发展更大尺寸的霍普金森动态压缩实验装置。但霍普金森动态实验 方法必须满足“一维应力波”和“应力应变沿试件长度均勻分布”这两个基本假定，如果简单 地增大霍普金森压杆的直径，将破坏“一维应力波”的基本假定，带来显著的横向惯性效应， 直接影响实验结果的有效性，因此常规霍普金森压杆技术和方法无法满足工程混凝土等材 料的动态压缩性能的实验研究。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能对符合工程实际的大尺寸混凝土 进行相应的动态压缩实验研究，且保证实验结果在宏观意义上的有效性的霍普金森压杆动 态压缩实验装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种霍普金森压杆动态压 缩实验装置，其它包括支架和撞击杆，所述的支架上固定设置有导轨，所述的撞击杆与所 述的导轨滑动配合，所述的导轨内设置有入射束杆和透射束杆，所述的入射束杆由多根入 射单杆组成，所述的透射束杆由多根透射单杆组成，所述的入射单杆和所述的透射单杆 的横截面形状相同且数量相等，每对入射单杆和透射单杆组成一对满足一维应力波条件 OiW + o^t) = ot(t)的霍普金森压杆，其中0i(t)表示入射单杆上的入射波，Ojt) 表示入射单杆上的反射波，。t(t)表示透射单杆上的透射波，每根入射单杆和每根透射单 杆上均贴设有用于测量入射波、反射波和透射波的应变片，所述的应变片与超动态应变仪 电连接。[0006]所述的撞击杆的上端部固定设置有滑块，所述的滑块与所述的导轨滑动配合。所述的滑块的材料为轻质高分子材料，所述的撞击杆的材料为钢，由于轻质高分 子材料的波阻抗比钢的波阻抗小很多，因此滑块不会影响入射应力波的加载波形。所述的入射束杆的长度大于所述的撞击杆长度的两倍，所述的透射束杆的长度大 于所述的撞击杆的长度。所述的入射束杆的上端部设置有整形片，保证撞击杆同步撞击入射束杆。与现有技术相比，本实用新型的优点是当撞击杆沿导轨自由落体并撞击入射束杆 产生冲击压缩波，对放置在入射束杆和透射束杆之间的试件进行加载，由于由多根入射单 杆组成大尺寸入射束杆，由多根透射单杆组成大尺寸透射束杆，因此单杆的横向弥散效应 可以忽略，使其满足一维应力波的假定；每对入射单杆和透射单杆组成一对满足一维应力 波条件的霍普金森压杆，可以方便采用传统霍普金森技术的实验数据测试和分析方法，实 现对符合工程实际的大尺寸混凝土的动态压缩实验研究；而且每根单杆上都贴设有应变 片，由于不同对单杆内反射波和透射波有可能反映试件不同部位的损伤演化和局部破坏特 征，通过反分析，可探讨混凝土试样在冲击过程中的裂纹演化特性。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1中A处的束杆的横截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型做进一步详细描述。如图所示，一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，它包括支架1、入射束杆3、透射 束杆4和用钢制成的撞击杆2，入射束杆3的长度大于撞击杆2长度的两倍，透射束杆4的 长度大于撞击杆2的长度，撞击杆2的上端部固定设置有用轻质高分子材料制成的滑块21， 支架1上固定设置有导轨12，滑块21与导轨12滑动配合，入射束杆3和透射束杆4从上至 下设置在导轨12中，入射束杆3的上端部设置有整形片8，入射束杆3由多根入射单杆31 组成，透射束杆4由多根透射单杆41组成，入射单杆31和透射单杆41的横截面形状相同 且数量相等，每对入射单杆31和透射单杆41组成一对满足一维应力波条件。JtHc^a) =σ t(t)的霍普金森压杆，其中ο Jt)表示入射单杆31上的入射波，σ Jt)表示入射单 杆31上的反射波，ο t(t)表示透射单杆41上的透射波，每根入射单杆31和每根透射单杆 41上均贴设有应变片(图中未显示)，应变片与超动态应变仪(图中未显示)电连接。上述实施例中，也可以将整个装置横放，此时可省去固定在撞击杆2端部的滑块 21，而在实验时，撞击杆2只要通过一个现有的发射装置给其一个撞击速度即可。
权利要求一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，其特征在于它包括支架和撞击杆，所述的支架上固定设置有导轨，所述的撞击杆与所述的导轨滑动配合，所述的导轨内设置有入射束杆和透射束杆，所述的入射束杆由多根入射单杆组成，所述的透射束杆由多根透射单杆组成，所述的入射单杆和所述的透射单杆的横截面形状相同且数量相等，每对入射单杆和透射单杆组成一对满足一维应力波条件σi(t)+σr(t)＝σt(t)的霍普金森压杆，其中σi(t)表示入射单杆上的入射波，σr(t)表示入射单杆上的反射波，σt(t)表示透射单杆上的透射波，每根入射单杆和每根透射单杆上均贴设有应变片，所述的应变片与超动态应变仪电连接。
2.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，其特征在于所述的撞击 杆的上端部固定设置有滑块，所述的滑块与所述的导轨滑动配合。
3.如权利要求2所述的一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，其特征在于所述的滑块 的材料为轻质高分子材料，所述的撞击杆的材料为钢。
4.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，其特征在于所述的入射 束杆的长度大于所述的撞击杆长度的两倍，所述的透射束杆的长度大于所述的撞击杆的长 度。
5.如权利要求1所述的一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，其特征在于所述的入射 束杆的上端部设置有整形片。
专利摘要本实用新型公开了一种霍普金森压杆动态压缩实验装置，特点是它包括支架和撞击杆，支架上固定设置有导轨，撞击杆与导轨滑动配合，导轨内设置有入射束杆和透射束杆，入射束杆由多根入射单杆组成，透射束杆由多根透射单杆组成，每对入射单杆和透射单杆组成一对满足一维应力波条件的霍普金森压杆；优点是可以忽略每根单杆的应力波横向弥散效应，使其满足一维应力波的假定；可以方便采用传统霍普金森技术的实验数据测试和分析方法，从而可实现符合工程实际的大尺寸混凝土的动态压缩实验研究。
文档编号G01N3/30GK201589739SQ20102004949
公开日2010年9月22日 申请日期2010年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者周刚毅, 张胜林, 董新龙 申请人:宁波大学