分离式霍普金森拉杆试件夹具装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置，包括入射杆、入射杆接头、透射杆接头和透射杆，入射杆的一端采用法兰结构，另一端与入射杆接头之间采用螺纹连接，透射杆接头与透射杆之间采用螺纹连接；本发明结构简单、连接可靠；对应力波的传播和试件的加载没有消极影响；拉伸试件夹具的设计使得拉伸试件的长度减小、结构更加简单，满足不同硬度材料高应变率试验应力均匀要求同时减小了试件加工时间和难度；只需要加工若干组入射杆接头和透射杆接头就能够实现高应变率试验成组进行，大大缩短试验周期；可以适应多种性能材料的拉伸试验，尤其实现了软材料的高应变率拉伸试验。
【专利说明】分离式霍普金森拉杆试件夹具装置
【技术领域】
[0001]本发明属于材料动态力学研究领域，特别是一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置。
【背景技术】
[0002]分离式霍普金森拉杆装置是基于霍普金森试验原理,对霍普金森压杆进行改进的用于测量材料高应变率拉伸性能的试验装置。霍普金森拉杆装置同样也需要建立在一维应力波假设和试件应力均勻假设基础上。2000年Nemat-Nasser研制出带有吸收杆,能实现单次加载的直接拉伸式杆-杆型霍普金森拉杆装置。用一沿入射杆运动的管状子弹打击入射杆端的法兰盘直接在入射杆中形成拉伸波，以后的传播特性与压杆中的压缩波完全类似。
[0003]分离式霍普金森拉杆装置的加载方式已经发展较成熟，然而动态拉伸加载方式使得试件的安装和固定十分困难，尤其针对软质复合材料，传统SHTB装置很难获得的有效数据。如图 2所不:名称为“Tensile testing of materials at high rates of strain”的文章(Nicholas.T，Exp.Mech, 21:177 - 185，1980.)利用SHPB对入射杆加载压缩波，当波传到试件处，试件外的刚性套筒6将波传递到透射杆，压缩波在透射杆自由端反射为拉伸波对试件进行加载，拉伸试件采用螺纹与两杆连接；名称为“Tension and compression testsof two polymers under quas1-static and dynamic loading” 的文章(Chen.W, PolymerTesting, 21 (2):113-121, 2002.)将两端带螺纹的试件直接装夹在直接拉伸式杆-杆SHTB装置上。这两种拉伸试件连接方式都需要在杆件和试件之间采用螺纹连接的方式，而这种杆件和试件之间的螺纹连接使得试件处的应力波传播十分复杂，试件中的螺纹间隙容易造成应力集中，影响试验结果的可信度；每个试件两端都加工成带螺纹的哑铃型试件7使得试验周期大大增加，尤其是软材料的螺纹加工难度大、固定效果不好。名称为“Hopkinsonbar experimental technique:A critical review，，的文章(Gama.B, Applied MechanicsReviews, 57(4):223, 2004.)介绍了动态拉伸试件粘结方式，如图3所示，将粘接式哑铃型试件8直接粘贴在入射杆和透射杆件之间，采用直接拉伸式杆-杆型SHTB加载拉伸波。这种方式使得试验周期很大，每次试验都需要单独粘接固化，哑铃型试件粘接使得试件标距不容易确定，且试件长度较大无法实现应力均匀。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种固定效果好，试验周期大大减短，使试件应力均匀的分离式霍普金森拉杆试件夹具装置。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0006]一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置，包括入射杆、入射杆接头、透射杆接头和透射杆，入射杆的一端采用法兰结构，另一端与入射杆接头之间采用螺纹连接，透射杆接头与透射杆之间采用螺纹连接。
[0007]本发明与现有技术相比，其显著优点:[0008]本发明结构简单、连接可靠；对应力波的传播和试件的加载没有消极影响；拉伸试件夹具的设计使得拉伸试件的长度减小、结构更加简单，满足不同硬度材料高应变率试验应力均匀要求同时减小了试件加工时间和难度；只需要加工若干组入射杆接头和透射杆接头就能够实现高应变率试验成组进行，大大缩短试验周期；可以适应多种性能材料的拉伸试验，尤其实现了软材料的高应变率拉伸试验。
[0009]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的分离式霍普金森拉杆试件夹具装置结构示意图。
[0011]图2是现有技术中的间接拉伸式试件装夹结构示意图。
[0012]图3是现有技术中的粘结式拉伸试件装夹结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]结合图1:
[0014]本发明一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置，包括入射杆1、入射杆接头2、透射杆接头4和透射杆5，入射杆I的一端采用法兰结构，另一端与入射杆接头2之间采用螺纹连接，透射杆接头4与透射杆5之间采用螺纹连接。
[0015]入射杆1、入射杆接头2、透射杆接头4和透射杆5同轴。
[0016]入射杆1、入射杆接头2、透射杆接头4和透射杆5的材料一致。
[0017]试件的两端用粘结剂粘结在入射杆接头2和透射杆接头4之间。
[0018]其工作原理为:结合图1，分离式霍普金森拉杆试件夹具装置工作过程为:管状子弹沿入射杆I运动，撞击到入射杆I端的法兰盘直接在入射杆I中产生拉伸加载波。拉伸波沿入射杆I传播至入射杆I的另一端时，入射杆I与入射杆接头2之间的螺纹连接使得拉伸波传递到入射杆接头2，经过入射杆接头2对粘结在入射杆接头2和透射杆接头4之间的试件3进行拉伸加载。由于试件3材料、尺寸与杆材料不同，波在不同材料的接触面发生反射和透射。一部分拉伸波返回入射杆接头2和入射杆I中，成为压缩波沿入射杆I返回；另外一部分拉伸波则透过试件3进入透射杆接头4和透射杆5中。通过测量入射杆和透射杆上的应变信号即可获得测试材料在高应变率下拉伸力学性能。
[0019]装夹过程中需要注意的是，入射杆1、入射杆接头2、试件3、透射杆接头4和透射杆5要位于同一轴线上。
[0020]利用本发明的分离式霍普金森拉杆试件夹具装置对材料进行高应变率拉伸试验时只需要加工若干组入射杆接头2和透射杆接头4，将试件3与入射杆接头和透射杆接头粘结固化好后就能够实现高应变率试验成组进行，大大缩短试验周期。
【权利要求】
1.一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置，其特征在于:包括入射杆(I)、入射杆接头(2)、透射杆接头(4)和透射杆(5)，入射杆(I)的一端采用法兰结构，另一端与入射杆接头(2 )之间采用螺纹连接，透射杆接头(4 )与透射杆(5 )之间采用螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置，其特征在于:入射杆(I)、入射杆接头(2 )、透射杆接头(4)和透射杆(5 )同轴。
3.根据权利要求1所述的一种分离式霍普金森拉杆试件夹具装置，其特征在于:入射杆(I)、入射杆接头(2 )、透射杆接头(4 )和透射杆(5 )的材料一致。
【文档编号】G01N3/04GK103439186SQ201310386138
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】张君发, 陈雄, 鞠玉涛, 郑健, 周长省, 许进升, 赵超, 孙朝翔, 钮然铭 申请人:南京理工大学