一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置

本技术涉及材料力学性能测试领域，具体涉及一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置。

背景技术：

1、在实际工程中，材料经常处于复杂应力状态下，如剪切应力与压缩或拉伸应力组合状态，故通过实验手段获得材料在复杂应力状态下的力学性能是十分必要的。

2、目前，传统的霍普金森杆大多用于获得材料在单向压缩或拉伸状态下的动态力学性能。为了在传统的霍普金森杆上实现复合加载，需要对霍普金森杆进行改装，即在发射子弹的同时破坏缺口销、破坏粘合剂或划伤高强度钢丝来突然释放力偶矩而产生剪切波。为了保证两个分离发射器产生的两种应力波同时到达试样，不仅需要精确控制应力波的产生时间，而且还需要精确消除波速差(弹性纵波波速大约是弹性扭转波波速的两倍)造成的时间差。然而，上述传统发射方法对时间的控制精度都在毫秒量级，其与动态实验的整个加载时间相当，故难以实现同步加载。另外，电磁加载的霍普金森杆可实现复合加载的同步性，但该设备较为复杂且昂贵，难以大范围推广应用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置。该拉/压-扭转装置较为简单，只需在现有的霍普金森杆上进行改进，即可将拉/压应力波分解成拉/压-扭转应力波，从而使试样同时受到拉/压与扭转的组合加载。

2、本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置由螺旋底座和螺旋柱两部分组成，其螺旋升角大于摩擦角且小于90°，不同的螺旋升角对应不同的拉/压-扭转比值；所述螺旋底座侧边设有气孔，其与所述螺旋柱相对滑动时可快速吸入或排出空气；所述螺旋底座与螺旋柱需要装配在一起并放置在入射杆与试样之间，所述入射杆、拉/压-扭转装置、试样以及透射杆之间需要连接牢固，从而确保拉/压-扭转装置将拉/压应力波分解成拉/压-扭转应力波，进而使试样能同时受到拉/压与扭转的组合加载。

3、本实用新型的一个优选方案，其特征在于，所述拉/压-扭转装置的螺旋柱横截面形状为三角形、四边形、五边形、六边形以及椭圆形。

4、本实用新型的一个优选方案，其特征在于，所述拉/压-扭转装置的材料为不易变形的金属，如高强度铝合金、高锰钢以及不锈钢。

5、本实用新型的一个优选方案，其特征在于，所述拉/压-扭转装置的螺旋升角为50°、55°、60°、65°、70°以及75°，其对应的拉/压-扭转比值为0.75、0.64、0.6、0.53、0.44以及0.35。

6、本实用新型的一个优选方案，其特征在于，所述入射杆、拉/压-扭转装置、试样以及透射杆之间的连接可采用环氧树脂进行粘贴，也可采用机械装配进行连接。

7、本实用新型的一个优选方案，其特征在于，所述螺旋底座与螺旋柱的接触面应尽量光滑，实验时需要在接触面涂抹润滑材料，如润滑油、石墨等，从而减少摩擦力的影响。

8、本实用新型的一个优选方案，其特征在于，所述拉/压-扭转装置也可应用于准静态拉/压实验、轻气炮实验以及落锤实验。

9、本实用新型提供的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置的工作原理是：通过拉/压-扭转装置中的螺旋底座与螺旋柱相对运动产生扭转，将入射杆传递而来的拉/压应力波同时分解成拉/压应力波与扭转应力波，并将转换得到的拉/压-扭转应力波同时作用在试样上，从而实现对试样进行拉/压-扭转复合加载。

10、本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

11、1、本实用新型提供的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置可将拉/压应力波同时分解成拉/压应力波与扭转应力波，从而实现对试样进行拉/压-扭转复合加载。

12、2、本实用新型提供的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置可以根据实验需要制作不同螺旋升角的装置，从而改变拉/压载荷与扭转载荷的比值。

13、3、本实用新型提供的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置可在传统霍普金森杆的基础上进行改进以实现对试样进行拉/压-扭转复合加载，且具有显著的经济效益与社会效益。

技术特征：

1.一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，该装置由螺旋底座和螺旋柱两部分组成，其螺旋升角大于摩擦角且小于90°，不同的螺旋升角对应不同的拉/压-扭转比值；所述螺旋底座侧边设有气孔，其与所述螺旋柱相对滑动时可快速吸入或排出空气；所述螺旋底座与螺旋柱需要装配在一起并放置在入射杆与试样之间，所述入射杆、拉/压-扭转装置、试样以及透射杆之间需要连接牢固，从而确保拉/压-扭转装置将拉/压应力波分解成拉/压-扭转应力波，进而使试样能同时受到拉/压与扭转的组合加载。

2.根据权利要求1所述的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，所述拉/压-扭转装置的螺旋柱横截面形状为三角形、四边形、五边形、六边形以及椭圆形。

3.根据权利要求1所述的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，所述拉/压-扭转装置的材料为不易变形的金属。

4.根据权利要求1所述的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，所述拉/压-扭转装置的螺旋升角为50°、55°、60°、65°、70°以及75°，其对应的拉/压-扭转比值为0.75、0.64、0.6、0.53、0.44以及0.35。

5.根据权利要求1所述的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，所述入射杆、拉/压-扭转装置、试样以及透射杆之间的连接可采用环氧树脂进行粘贴，也可采用机械装配进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，所述螺旋底座与螺旋柱的接触面应尽量光滑，实验时需要在接触面涂抹润滑材料。

7.根据权利要求1所述的一种用于霍普金森杆的动态拉/压-扭转装置，其特征在于，所述拉/压-扭转装置也可应用于准静态拉/压实验、轻气炮实验以及落锤实验。

技术总结
本技术公开了一种用于霍普金森杆的动态拉/压‑扭转装置，所述动态拉/压‑扭转装置包括螺旋底座和螺旋柱两部分。其中，所述装置的螺旋升角大于摩擦角且小于90°，不同的螺旋升角对应不同的拉/压‑扭转比值。上述装置在使用过程中需要将所述螺旋底座与螺旋柱装配在一起并放置在入射杆与试样之间，所述入射杆、拉/压‑扭转装置、试样以及透射杆之间需要连接牢固。本技术提供的动态拉/压‑扭转装置能够对材料进行拉/压与扭转组合的力学响应测试，该装置较为简单，只需在现有的霍普金森杆上进行改进。因此，上述装置有利于实验人员快速掌握其使用方法，并有效降低材料在复杂应力状态下的力学性能测试成本，具有显著的经济效益与社会效益。

技术研发人员：林谋金,裴广朝,薛冰,周俊琪,肖定军
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：20240417
技术公布日：2025/1/23