一种用于霍普金森压杆实验的试块对中装置

1.本实用新型涉及霍普金森压杆实验装置领域，尤其涉及一种用于霍普金森压杆实验的试块对中装置。


背景技术：

2.在研究材料的动态力学性能的过程中，重要的方法之一是通过霍普金森杆来进行实验。霍普金森装置被广泛运用于测试混凝土试块的动态力学性能，研究材料在冲击荷载下的应力-应变关系和破坏机理。霍普金森技术的理论基础是一维应力波理论，通过测定压杆上的应变来推导试样材料的应力－应变关系。当驱动撞击杆撞击入射杆时，在入射杆和透射杆之间放置试块，通过采集入射杆和透射杆的应变脉冲-时间波形，就可得到作用于试块的冲击荷载。而改变撞击速度就可以改变作用于试块的冲击荷载和试块的应变率。通过多次测试，就能得到试块在不同应变率下表现出的不一样的应力-应变关系。通过研究应力-应变关系就可以得到材料的动态力学性能。
3.在进行霍普金森压杆实验时，需要在入射杆和透射杆之间放置试块，试块固定通常采用以下两种方式。一、将试块放在合适的位置，然后通过入射杆和透射杆之间相互挤压产生的力来固定试块。这一方法操作方便，但由于试块端面切割打磨不平整，使得试块与入射杆和透射杆之间容易留有空隙；且试块由于轻微震动容易导致移动偏心，空隙和偏心都易造成实验误差。二、在试块下部放置支撑部件进行固定，如采用海绵支撑，但海绵容易变形，在实验过程中易导致试块下移，影响实验结果；且现有的支撑部件在实验时无法及时脱落，支撑部件容易由于入射杆和透射杆之间的相互碰撞挤压造成损坏，影响实验的可靠安全进行。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种保证试块可靠对中固定，且防止夹具损坏的用于霍普金森压杆实验的试块对中装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
6.一种用于霍普金森压杆实验的试块对中装置，包括多个用于防止试块偏心移动的夹爪，以及用于与试块一侧杆体套接配合的夹爪安装套，多个所述夹爪沿所述夹爪安装套的周向间隔布置，所述夹爪包括设于夹爪安装套的第一连杆、与第一连杆铰接的第二连杆，以及设于第一连杆与第二连杆铰接位置的角度限位件，各所述夹爪的第二连杆在所述角度限位件的限位作用下均与所述试块的表面接触。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述第二连杆与所述试块相互垂直。
9.所述第二连杆的端部外侧与所述试块的远离夹爪安装套的一侧杆体的端面接触。
10.所述第一连杆铰接于所述夹爪安装套上，各所述第一连杆与所述夹爪安装套的铰接位置均设有保证各所述第一连杆转动角度相同的检测件。
11.所述检测件包括刻度尺、设于第一连杆上的标记孔，以及穿过刻度尺与标记孔连接的插接件；所述刻度尺垂直于所述夹爪安装套，且所述刻度尺的底端与所述夹爪安装套的上表面接触；各所述插接件均位于所述刻度尺的同一刻度处。
12.所述角度限位件包括设于第一连杆外侧的安装边、与安装边铰接的限位挡边，以及设于安装边与限位挡边铰接位置的挡边锁定件；所述限位挡边在所述第二连杆与所述试块表面接触时限位于所述第二连杆的外侧，并通过所述挡边锁定件锁紧定位。
13.所述夹爪安装套的内侧周向设有多个带动夹爪在第二连杆向内回缩时远离试块的滚珠，所述滚珠与所述试块一侧杆体的外表面接触。
14.所述夹爪安装套穿设于位于所述试块一侧的透射杆上。
15.所述透射杆外设有保护套，所述夹爪安装套套设于所述保护套外。
16.所述夹爪安装套和所述保护套均为金属材质的套体。
17.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
18.本实用新型的试块对中装置设置有多个夹爪和夹爪安装套，多个夹爪沿夹爪安装套的周向间隔布置，夹爪包括第一连杆、第二连杆和角度限位件，其结构简单紧凑、成本低。同时，各夹爪的第二连杆在角度限位件的限位作用下均与试块的表面接触，即角度限位件在第二连杆与试块的表面接触时限制第二连杆向外扩张，其使得第二连杆与试块的表面始终接触，保证了试块在实验时处于入射杆和透射杆的中心位置，避免了试块由于震动偏心引起的实验误差，保证了实验结果的准确性；且本实用新型在入射杆撞击与第二连杆接触时，角度限位件不会限制第二连杆向内缩回，此时，各第二连杆将同时向内运动脱离对试块的固定，其避免了夹爪因撞击而损坏的问题，保证实验的可靠安全进行。
附图说明
19.在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
20.图1是本实用新型用于霍普金森压杆实验的试块对中装置的结构示意图。
21.图2是图1的a部的放大图。
22.图3是图1的俯视图。
23.图4是本实用新型在具体应用中的结构示意图(夹爪张开状态)。
24.图5是本实用新型在具体应用中的结构示意图(夹爪缩回状态)。
25.图中各标号表示：
26.1、夹爪；11、第一连杆；12、第二连杆；13、角度限位件；131、安装边；132、限位挡边；133、挡边锁定件；2、夹爪安装套；21、滚珠；3、试块；4、入射杆；5、透射杆；6、检测件；61、刻度尺；62、标记孔；63、插接件。
具体实施方式
27.下面将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
28.图1示出了本实用新型的用于霍普金森压杆实验的试块对中装置的实施例，试块对中装置包括多个夹爪1和夹爪安装套2。多个夹爪1沿夹爪安装套2的周向间隔布置，以用于夹紧试块3、防止试块3偏心移动；夹爪安装套2与试块3一侧的杆体套接配合，以使夹爪1
可靠安装，保证试块3的对中效果。其结构简单紧凑、成本低。
29.本实施例中，夹爪1包括第一连杆11、第二连杆12和角度限位件13。第一连杆11设于夹爪安装套2上；第二连杆12与第一连杆11铰接，以使夹爪1可调角度、保证与试块3的可靠夹紧；角度限位件13设于第一连杆11与第二连杆12的铰接位置，用于限制第二连杆12的外扩。各夹爪1的第二连杆12在角度限位件13的限位作用下均与试块3的表面接触，即角度限位件13在第二连杆12与试块3的表面接触时限制第二连杆12向外扩张，其使得第二连杆12与试块3的表面始终接触，保证了试块3在实验时处于入射杆4和透射杆5的中心位置，避免了试块3由于震动偏心引起的实验误差，保证了实验结果的准确性；且本实用新型在入射杆4撞击与第二连杆12接触时，角度限位件13不会限制第二连杆12向内缩回，此时，各第二连杆12将同时向内运动以脱离试块3表面，其避免了夹爪1因撞击发生损坏的问题，保证实验的可靠安全进行。
30.进一步地，夹爪安装套2穿设于位于试块3一侧的透射杆5上，其可减小夹爪安装套2对入射杆4波形的影响，保证入射杆4的应变片采集数据的准确性，从而保证实验结果的准确性。在其他实施例中，当撞击力小时，夹爪安装套2也可设置在入射杆4上。
31.进一步地，第二连杆12与试块3相互垂直。其使得在入射杆4撞击时，试块3不会对第二连杆12的向内回缩产生干涉，保证了夹爪1的快速回缩，有效避免了夹爪1撞击损坏现象的发生。
32.本实施例中，第二连杆12的接触端与试块3的表面为面接触，以保证试块3的有效夹紧。在其他实施例中，第二连杆12的接触端也可为尖形端，尖形端与试块3的表面为点接触。
33.进一步地，第二连杆12的端部外侧与入射杆4的端面接触。通过第二连杆12的端面与试块3表面接触，以及第二连杆12的端部外侧与入射杆4的端面接触作为参照，可进一步确保试块3的有效对中，进一步提高实验结果的准确性。
34.本实施例中，第一连杆11铰接于夹爪安装套2上，各第二连杆12通过对应的第一连杆11的角度调节可实现与不同尺寸的试块3表面接触，以适应不同尺寸试块3的固定对中需求。同时，第一连杆11与夹爪安装套2的铰接位置设有检测件6，以保证各个第一连杆11的转动角度相同，保证试块3的对中效果。
35.如图2所述，检测件6包括刻度尺61、标记孔62和插接件63。刻度尺61垂直于夹爪安装套2设置，且刻度尺61的底端与夹爪安装套2的上表面接触；标记孔62设于第一连杆11上，各第一连杆11的标记孔62的高度相同；插接件63穿设于刻度尺61上。本实用新型的检测件6结构简单、操作方便，且保证了各第一连杆11在调整时均转动角度相同，以满足夹爪1对不同尺寸试块3的固定对中需求。
36.在固定不同尺寸的试块3、需调节第一连杆11的角度时，将第一连杆11与夹爪安装套2铰接位置的螺栓调松，使第一连杆11可绕铰接点转动，调节第一连杆11的开合角度至合适位置后，将插接件63穿过刻度尺61与标记孔62连接，并拧紧第一连杆11与夹爪安装套2铰接位置的螺栓。剩余的夹爪1通过同样的操作流程进行调节，需保证各插接件63均位于刻度尺61的同一刻度处。
37.本实施例中，刻度尺61的轴向设有通槽，以方便插接件63沿刻度尺61的轴向移动。同时，标记孔62为螺孔，插接件63为螺钉。
38.如图1所示，角度限位件13包括安装边131、限位挡边132和挡边锁定件133。其中，安装边131设于第一连杆11的外侧；限位挡边132与安装边131铰接，限位挡边132与安装边131的角度即为第一连杆11与第二连杆12的转动角度；挡边锁定件133设于安装边131与限位挡边132的铰接位置，以锁定限位挡边132的位置。限位挡边132在第二连杆12与试块3表面接触时限位于第二连杆12的外侧，且限位挡边132通过挡边锁定件133锁紧定位。本实用新型只需通过调节限位挡边132的角度、拧紧挡边锁定件133即可保证夹爪1对试块3的可靠固定，其调节方便、且结构简单。
39.进一步地，如图3所示，夹爪安装套2的内侧周向设有多个滚珠21，多个滚珠21与透射杆5的外表面接触。在夹爪1受到入射杆4的作用向内回缩时，滚珠21也会由于入射杆4的作用力带动夹具远离入射杆4，双重保证了夹具的安全性。在其他实施例中，也可不设置滚珠21，将夹具调整位置后固定在透射杆5上，通过第一连杆11和第二连杆12的角度调节来固定夹具，其避免了试验前需安装夹爪1导致操作复杂的问题。
40.进一步地，透射杆5外设有保护套，保护套可防止杆体撞击产生的变形。夹爪安装套2套设于保护套外，以避免对杆体的损坏；同时，夹爪安装套2的尺寸可根据杆体及保护套的尺寸进行调整，以方便适应各种尺寸的霍普金森杆件。更进一步地，夹爪安装套2和保护套均为金属材质的套体，以避免因材质不同引起的夹爪安装套2与保护套之间相互磨损的问题。
41.本实施例中，试块3为圆柱形试块。夹爪1设置为三个，三个夹爪1沿夹爪安装套2的周向均匀分布，以实现圆柱形试块的可靠有效夹紧。在其他实施例中，夹爪1设置数量可根据试块3的形状和尺寸进行调整，如试块3为长方体时，夹爪1可设置为分别夹紧长方体试块四边的四个夹爪1。
42.本实施例中，如图4和图5所述，用于霍普金森压杆实验的试块对中装置的操作方法为：
43.(1)将夹爪安装套2安装在透射杆5上，调整夹爪安装套2至夹爪1位于试块3位置；在入射杆4和透射杆5之间按照常规操作放置试块3，并压紧入射杆4与透射杆5以夹住试块3；调整第二连杆12的角度，使各夹爪1的第二连杆12均与试块3表面紧密接触，达到固定试块3的作用；
44.(2)调整限位挡边132至与第二连杆12的外表面接触，并通过挡边锁定件133锁紧定位限位挡边132，以限制第二连杆12向外发生微小的移动而导致的试块3松动；
45.(3)试验过程中，当入射杆4的端面刚与第二连杆12的外表面发生接触时，第二连杆12由于受到力的作用会向内运动，也就是第二连杆12向内运动靠近第一连杆11，此时，夹紧脱离对试块3的夹紧，夹具在滚珠21的带动下向远离入射杆4的方向运动，完成一次冲击实验。之后，可调整夹爪1进行下一次冲击试验。
46.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。