飛輪式霍普金森扭桿裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種飛輪式霍普金森扭桿
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]分離式霍普金森桿是一種研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的有效實(shí)驗(yàn)裝置。自從1949年Kolsky發(fā)明分離式霍普金森壓桿裝置并用其研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能以來(lái)，動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷提高。對(duì)某些材料而言，其動(dòng)態(tài)拉伸性能比其動(dòng)態(tài)壓縮性能更加重要，分離式霍普金森拉桿也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是，有時(shí)研究者更為關(guān)心材料的動(dòng)態(tài)抗剪能力，因而在70年代T.Nicholas等人發(fā)明了預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿。所謂預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿是將扭轉(zhuǎn)入射桿一分為二，其中一端有便于加外力矩(載荷)的旋轉(zhuǎn)頭(此段稱為預(yù)扭段)，另一端則與試件相連。在分界處用一抱緊式夾具(其中主要件是一中部開(kāi)有環(huán)狀V形槽的螺栓)將桿夾住，阻止其扭轉(zhuǎn)。用千斤頂或其它裝置將旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)從而對(duì)預(yù)段扭轉(zhuǎn)加載，在這一段上預(yù)貯扭轉(zhuǎn)能量。當(dāng)預(yù)貯能量值達(dá)到實(shí)驗(yàn)者期望值時(shí)，實(shí)驗(yàn)者迅速釋放夾持機(jī)構(gòu)，預(yù)加載段的能量(應(yīng)力、應(yīng)變)以波的形式傳向入射桿的未加載段形成扭轉(zhuǎn)加載波。采用這種方式的主要不足之處有:
[0003]1.夾緊裝置很難將桿完全夾住而不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，往往在加載過(guò)程中要不斷去加強(qiáng)夾緊力(進(jìn)一步擰緊螺栓)，以阻止旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。在此過(guò)程中常常會(huì)發(fā)生螺栓突然斷裂，致使該次實(shí)驗(yàn)失敗。
[0004]2.這種預(yù)貯能式扭桿在實(shí)驗(yàn)是通過(guò)擰斷中部開(kāi)有環(huán)狀V形槽的螺栓釋放夾具，而擰斷螺栓的過(guò)程具有很大的隨機(jī)性，嚴(yán)重影響波形的實(shí)驗(yàn)條件的重復(fù)性。
[0005]2013年姜錫權(quán)等發(fā)明了 T形分離式霍普金森扭桿，這種發(fā)明幾乎克服了預(yù)貯能式扭桿的所有缺點(diǎn)，但是因其結(jié)構(gòu)原因，在轉(zhuǎn)換裝置中不可避免地產(chǎn)生復(fù)雜的彎曲波，這種彎曲波又難以消除，會(huì)傳入到扭轉(zhuǎn)入射桿中。另外，對(duì)于大直徑(如1000mm)的扭桿，因波在桿橫截面上傳播并且達(dá)到均勻需要較長(zhǎng)時(shí)間，與此同時(shí)，波已沿軸向傳開(kāi)，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)入射波的上升沿不可能陡峭，影響了實(shí)驗(yàn)應(yīng)變率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]—種飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、主動(dòng)飛輪、電磁吸合裝置、鐵磁性飛輪、法蘭盤(pán)、扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿，所述主動(dòng)飛輪、鐵磁性飛輪和法蘭盤(pán)三者同軸設(shè)置，所述主動(dòng)飛輪和法蘭盤(pán)分別設(shè)置在鐵磁性飛輪的兩側(cè)，并留有間隙；所述主動(dòng)飛輪與鐵磁性飛輪相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片，所述法蘭盤(pán)與鐵磁性飛輪相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片；所述主動(dòng)飛輪通過(guò)主動(dòng)輪軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述法蘭盤(pán)與扭轉(zhuǎn)入射桿連接，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿同軸相對(duì)設(shè)置，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿之間安裝試件；所述電磁吸合裝置包括分別設(shè)置鐵磁性飛輪兩側(cè)的第一電磁吸合裝置和第二電磁吸合裝置，其中第一電磁吸合裝置與主動(dòng)飛輪同側(cè)設(shè)置，第二電磁吸合裝置與法蘭盤(pán)同側(cè)設(shè)置。
[0009]所述法蘭盤(pán)與扭轉(zhuǎn)入射桿連接的一側(cè)還設(shè)置有軸向承載限位裝置。
[0010]所述鐵磁性飛輪由中軸支承并可繞中軸旋轉(zhuǎn)，中軸由支承裝置支承，并使其周向自由旋轉(zhuǎn)、軸向自由滑動(dòng)。
[0011]所述鐵磁性飛輪主要由鐵磁性材料制成。
[0012]所述扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿由滾動(dòng)支承裝置支撐。
[0013]旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置首先驅(qū)動(dòng)主動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，第一電磁吸合裝置吸合鐵磁性飛輪使之與主動(dòng)飛輪密合，借助摩擦片使鐵磁性飛輪與主動(dòng)飛輪一起以一定角速度旋轉(zhuǎn)。第一電磁吸合裝置停止工作，與此同時(shí)第二電磁吸合裝置開(kāi)始吸合鐵磁性飛輪使之向法蘭盤(pán)運(yùn)動(dòng)并與其密合，在摩擦片作用下鐵磁性飛輪將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能和動(dòng)量矩傳遞給法蘭盤(pán)，繼而以波的形式傳入扭轉(zhuǎn)入射桿，在扭轉(zhuǎn)入射桿中形成扭轉(zhuǎn)波并向試件傳播；在試件界面上，扭轉(zhuǎn)波一部分反射回扭轉(zhuǎn)入射桿，一部分透射到扭轉(zhuǎn)透射桿中。分別記錄扭轉(zhuǎn)入射桿和扭轉(zhuǎn)透射桿中的波形，按照霍普金森桿的理論便可分析計(jì)算得到試件材料在一定應(yīng)變率下扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0014]在鐵磁性飛輪與法蘭盤(pán)密合一定時(shí)間后，第二電磁吸合裝置停止工作，第一電磁吸合裝置再次工作將鐵磁性飛輪吸合到主動(dòng)飛輪上。
[0015]所述電磁吸合裝置分列在鐵磁性飛輪左右兩側(cè)，分別稱其為第一電磁吸合裝置和第二電磁吸合裝置，在試驗(yàn)程序控制下兩裝置交替吸合，使鐵磁性飛輪左右運(yùn)動(dòng)達(dá)到對(duì)扭轉(zhuǎn)入射桿加卸載的目的。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明提供的一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，用于對(duì)材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，徹底彌補(bǔ)了現(xiàn)有預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿在加載過(guò)程中存在的缺陷，以及T形霍普金森扭桿裝置在轉(zhuǎn)換裝置中產(chǎn)生復(fù)雜的彎曲波的缺陷，大大減小了實(shí)驗(yàn)難度，極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但下述實(shí)施例僅僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非全部?；趯?shí)施方式中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置1、主動(dòng)飛輪3、第一電磁吸合裝置4、第二電磁吸合裝置6、鐵磁性飛輪5、法蘭盤(pán)12、扭轉(zhuǎn)入射桿8、扭轉(zhuǎn)透射桿10，主動(dòng)飛輪3、鐵磁性飛輪5和法蘭盤(pán)12三者同軸設(shè)置，主動(dòng)飛輪3和法蘭盤(pán)12分別設(shè)置在鐵磁性飛輪5的兩側(cè)，并留有間隙；主動(dòng)飛輪3與鐵磁性飛輪5相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片13，法蘭盤(pán)12與鐵磁性飛輪5相對(duì)的兩側(cè)面也分別設(shè)置有摩擦片13 ;主動(dòng)飛輪3通過(guò)主動(dòng)輪軸2與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置I連接，法蘭盤(pán)12與扭轉(zhuǎn)入射桿8連接，扭轉(zhuǎn)透射桿10與扭轉(zhuǎn)入射桿8同軸相對(duì)設(shè)置，扭轉(zhuǎn)透射桿10與扭轉(zhuǎn)入射桿8之間安裝試件9 ;第一電磁吸合裝置4和第二電磁吸合裝置6分別設(shè)置在鐵磁性飛輪5兩側(cè)，其中第一電磁吸合裝置4與主動(dòng)飛輪3同側(cè)設(shè)置，第二電磁吸合裝置6與法蘭盤(pán)12同側(cè)設(shè)置；法蘭盤(pán)12與扭轉(zhuǎn)入射桿8連接的一側(cè)還設(shè)置有軸向承載限位裝置7，扭轉(zhuǎn)入射桿8、扭轉(zhuǎn)透射桿10由滾動(dòng)支承裝置11支撐。
[0021]軸向承載限位裝置7吸收在第二電磁吸合裝置6吸合鐵磁性飛輪5過(guò)程中產(chǎn)生的軸向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和動(dòng)量，使之盡可能少的傳入扭轉(zhuǎn)入射桿8，但不限制法蘭盤(pán)12的旋轉(zhuǎn)。
[0022]旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置I首先驅(qū)動(dòng)主動(dòng)飛輪3，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，第一電磁吸合裝置4吸合鐵磁性飛輪5使之與主動(dòng)飛輪3密合，借助摩擦片13使鐵磁性飛輪5與主動(dòng)飛輪3 —起以一定角速度旋轉(zhuǎn)。第一電磁吸合裝置4停止工作，與此同時(shí)第二電磁吸合裝置6開(kāi)始吸合鐵磁性飛輪5使之向法蘭盤(pán)12運(yùn)動(dòng)并與其密合，在摩擦片13作用下鐵磁性飛輪5將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能和動(dòng)量矩傳遞給法蘭盤(pán)12繼而以波的形式傳入扭轉(zhuǎn)入射桿8，在扭轉(zhuǎn)入射桿8中形成扭轉(zhuǎn)波并向試件9傳播。在試件9界面上，扭轉(zhuǎn)波一部分反射回扭轉(zhuǎn)入射桿8，一部分透射到扭轉(zhuǎn)透射桿10中，分別記錄扭轉(zhuǎn)入射桿8和扭轉(zhuǎn)透射桿10中的波形，按照霍普金森桿的理論便可分析計(jì)算得到試件材料在一定應(yīng)變率下扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0023]本發(fā)明徹底地彌補(bǔ)了上文所述的現(xiàn)有預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿和T形霍普金森扭桿裝置的不足之處，大大減小了實(shí)驗(yàn)難度、極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率。
[0024]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換(如采用霍普金森拉桿代替其中的霍普金森壓桿等)，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、主動(dòng)飛輪、電磁吸合裝置、鐵磁性飛輪、法蘭盤(pán)、扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿，所述主動(dòng)飛輪、鐵磁性飛輪和法蘭盤(pán)三者同軸設(shè)置，所述主動(dòng)飛輪和法蘭盤(pán)分別設(shè)置在鐵磁性飛輪的兩側(cè)，并留有間隙；所述主動(dòng)飛輪與鐵磁性飛輪相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片，所述法蘭盤(pán)與鐵磁性飛輪相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片；所述主動(dòng)飛輪通過(guò)主動(dòng)輪軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述法蘭盤(pán)與扭轉(zhuǎn)入射桿連接，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿同軸相對(duì)設(shè)置，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿之間安裝試件；所述電磁吸合裝置包括分別設(shè)置鐵磁性飛輪兩側(cè)的第一電磁吸合裝置和第二電磁吸合裝置，其中第一電磁吸合裝置與主動(dòng)飛輪同側(cè)設(shè)置，第二電磁吸合裝置與法蘭盤(pán)同側(cè)設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述法蘭盤(pán)與扭轉(zhuǎn)入射桿連接的一側(cè)還設(shè)置有軸向承載限位裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述鐵磁性飛輪由中軸支承并可繞中軸旋轉(zhuǎn)，中軸由支承裝置支承，并使其周向自由旋轉(zhuǎn)、軸向自由滑動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述鐵磁性飛輪主要由鐵磁性材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿由滾動(dòng)支承裝置支撐。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，涉及材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、主動(dòng)飛輪、電磁吸合裝置、鐵磁性飛輪、法蘭盤(pán)、扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿，主動(dòng)飛輪和法蘭盤(pán)分別設(shè)置在鐵磁性飛輪的兩側(cè)；主動(dòng)飛輪與鐵磁性飛輪相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片，法蘭盤(pán)與鐵磁性飛輪相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片；主動(dòng)飛輪通過(guò)主動(dòng)輪軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接，法蘭盤(pán)與扭轉(zhuǎn)入射桿連接，扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿之間安裝試件。本發(fā)明徹底彌補(bǔ)了現(xiàn)有預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿在加載過(guò)程中存在的缺陷，以及T形霍普金森扭桿裝置在轉(zhuǎn)換裝置中產(chǎn)生復(fù)雜的彎曲波的缺陷，大大減小了實(shí)驗(yàn)難度，極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率。
【IPC分類】G01N3/26
【公開(kāi)號(hào)】CN105181486
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510615594
【發(fā)明人】方秦, 姜錫權(quán), 肖桂鳳, 陳力, 崔世堂, 于瀟, 陳曉磊, 周永康
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍理工大學(xué), 中國(guó)人民解放軍陸軍軍官學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日