一種分離式霍普金森拉桿試件的夾持裝置及實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分離式霍普金森拉桿試件的夾持裝置及實驗方法，屬于機(jī)械試驗裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料作為一種拉伸/剪切強(qiáng)度比值很高的各向異性非均質(zhì)材料，必須考慮端面效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力集中問題，即實驗桿與試件接觸面的影響。所以動態(tài)拉伸實驗中，實驗桿與試件的連接必須考慮以下問題。①加載桿與試樣間的應(yīng)力集中必須減到最小;②在加載桿和試樣間盡量避免波阻抗的失配，以減少應(yīng)力波的反射導(dǎo)致的有效脈沖載荷的削弱，從而有利于波形分析;③拉伸載荷最好由加載桿只通過一個剪切加載區(qū)就傳到試樣上，盡量避免多重途徑傳遞載荷，導(dǎo)致拉伸失敗，或者產(chǎn)生太多的干擾雜波影響波形采集和分析;④傳遞剪切載荷的面積應(yīng)足夠大，否則很可能發(fā)生剪切破壞。
[0003]目前，針對纖維復(fù)合板的動態(tài)拉伸試驗，扁平試件和入射桿、透射桿一般通過帶槽的連接頭通過膠粘方式進(jìn)行連接，膠粘方式連接頭的特點是:連接頭一端與入射桿或透射桿螺紋連接，另一端開“U”型槽，槽寬與試件厚度配合。實驗過程中，試件上涂高剪切強(qiáng)度特種膠后，插入連接頭的槽內(nèi)，待固化后進(jìn)行試驗?！?U ”型槽的尺寸根據(jù)試樣參數(shù)、膠粘劑性能、界面狀態(tài)及試樣應(yīng)力均勻化要求等因素綜合考慮確定。根據(jù)拉伸試樣的最大靜拉伸強(qiáng)度、膠粘劑剪切強(qiáng)度，粘接界面的浸漬性，充分考慮沖擊拉伸的保險系數(shù)，可估算出加載桿端部的連接槽的長度。并且傳統(tǒng)膠粘還存在一下局限性，1)對于高強(qiáng)聚乙烯等界面浸漬性較差的復(fù)合材料，僅通過該粘接試驗技術(shù)，不通過其他高壓夾持方式，動態(tài)拉伸實驗還很難成功。2)連接頭通用性不強(qiáng)，材料力學(xué)性能不同的材料需綜合考慮重新設(shè)計連接頭。3)重復(fù)較麻煩，需清除連接頭上的膠和試件殘片。4)安裝、拆卸不方便，特種膠固化需要時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種分離式霍普金森拉桿試件的夾持裝置及實驗方法，利用壓塊和螺釘通過物理加載的方式對試件進(jìn)行夾緊連接，使得加載桿上的拉伸載荷通過一個大的剪切加載區(qū)就能夠傳遞至試件上，并且很好的防止試件加載段的剪切破壞。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明提供了一種分離式霍普金森拉桿試件的夾持裝置，包括接頭和夾持部，所述接頭為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有圓形盲孔，孔內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋，通過螺紋與入射桿或透射桿連接；夾持部包括壓塊和基座，壓塊扣合在基座上方，基座與接頭固定為一體，且基座的上表面設(shè)有凹槽，凹槽的結(jié)構(gòu)為扁平型，凹槽主體為正方形，端部為喇叭形，壓塊為六面體結(jié)構(gòu)，上、下兩面平行，壓塊四周設(shè)有螺孔，且在基座與壓塊對應(yīng)處設(shè)有螺孔，壓塊與基座通過螺釘連接固定。
[0006]上述方案中，所述壓塊的截面為四邊形，上、下兩條邊平行，左、右兩條邊為對稱弧形，且壓塊的六面體結(jié)構(gòu)在水平方向的棱線與接頭圓柱面上的母線重合。夾持裝置右側(cè)上端采用階梯面來減小轉(zhuǎn)接頭的重量，以保證實驗桿的整體水平度。
[0007]上述方案中，所述基座為六面體結(jié)構(gòu)，上、下兩面平行，左、右兩面平行，前、后兩面為對稱的弧形。該基座在水平方向的棱線與接頭圓柱面上的母線重合，且基座可通過半圓柱(參數(shù)與接頭的圓柱相同)切削掉側(cè)面弧形部而得。
[0008]上述方案中，所述凹槽的厚度為霍普金森拉桿試件的1/2?2/3。與試件配合的凹槽根據(jù)試件形狀加工而成，與試件緊密貼合。
[0009]進(jìn)一步地，所述凹槽的厚度為1.2mm。
[0010]上述方案中，所述連接壓塊與基座的螺釘采用高強(qiáng)度鋼，內(nèi)六角圓柱螺釘為M6，高強(qiáng)度鋼等級為8.8，抗剪強(qiáng)度為450 MPa。固定壓塊的螺釘采用高強(qiáng)度鋼，增加螺釘?shù)目辜裟芰Α?br>[0011 ]上述方案中，所述壓塊的下表面為鋸齒狀，齒形角為60度，齒高為0.25 mm的微型鋸齒面。壓塊平面加工成微小的鋸齒狀以增大夾持力以及摩擦力，并且可以減小螺釘?shù)募羟辛υ黾勇葆數(shù)氖褂脡勖?br>[0012]本發(fā)明提供了一種分離式霍普金森拉桿試件的實驗方法，采用上述的夾持裝置，包括以下步驟:
(1)調(diào)節(jié)入射桿與透射桿的水平度與同軸度，檢查實驗桿中間應(yīng)變片是否粘好，應(yīng)變片分別設(shè)置在入射桿和透射桿上，接地線是否接緊；
(2)將轉(zhuǎn)接頭通過生料帶與實驗桿緊密擰緊；
(3)再次檢查入射桿與透射桿的水平度與同軸度，避免由于生料帶造成的誤差；
(4)將試件裝入凹槽中；
(5)采用螺釘將壓塊和基座固定在一起；
(6)將子彈捅入炮管內(nèi)，打開與應(yīng)變片連接的超高速應(yīng)變儀，通過高速數(shù)據(jù)采集器與計算機(jī)Datalab數(shù)據(jù)采集軟件，單擊軟件Datalab軟件單詞采集工具按鈕；
(7)打開閥門進(jìn)行試驗，并將原始數(shù)據(jù)存盤；
(8)擰開螺母，取出試件；
(9)重復(fù)上述步驟，可研究不同加載率對復(fù)合材料不同拉伸速率下的影響。
[0013]本發(fā)明提供的霍普金森拉桿試件的夾持裝置，在使用時:兩個相同的夾持裝置配套成對使用，接頭端與入射桿或透射桿通過螺紋連接，螺紋間隙用生料帶填充，從而減弱對實驗桿螺紋的破壞;夾持部上有凹槽與試件配合，壓塊和基座通過內(nèi)六角螺釘連接緊固，通過螺釘旋入提供壓力夾緊試件，與試件配合的壓塊平面加工成微小的鋸齒狀以增大夾持時的摩擦力。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明提供的夾持裝置，無需拆卸，可重復(fù)使用，接頭通用性強(qiáng)，可標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計；
(2)而且試件安裝方便，節(jié)省試驗操作時間，同時保證實驗過程準(zhǔn)確性。
[0015](3)可以在保證實驗過程準(zhǔn)確性的同時，減少傳統(tǒng)粘結(jié)試件的實驗時間；
(4)實現(xiàn)了復(fù)合纖維的拉伸實驗的簡易操作，避免了復(fù)合材料不易加工螺紋以及高強(qiáng)度膠粘結(jié)過程中不均勻的問題，為研究纖維復(fù)合材料在動態(tài)拉伸下的本構(gòu)關(guān)系奠定了有力的基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0016]圖1為霍普金森拉桿的使用狀態(tài)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明夾持裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為圖2中去除壓塊和螺栓的俯視圖。
[0019]圖4為圖2的右視圖。
[0020]圖中1為緩沖吸收器，2為單次波傳遞桿，3為加載桿頭，4為撞擊桿，5為應(yīng)變片，6為入射桿，7為夾持裝置，8為試件，9為透射桿，10為接頭，11為夾持部，12為盲孔，13為壓塊，14為基座，15為凹槽，16為螺孔，17為螺釘。
【具體實施方式】
[0021]下面通過實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0022]實施例:
霍普金森拉桿系統(tǒng)主要包含三部分:支架部分、拉桿主體部分和與數(shù)據(jù)采集部分。其中支架部分的主要是用來支撐固定拉桿部分并且保證拉桿的水平。拉桿主體部分包括緩沖吸收器、單次波傳遞桿、加載接頭、撞擊管(俗稱子彈)、炮管、入射桿、透射桿以及相應(yīng)的氣壓裝置組成。而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則是由粘貼在桿子上的應(yīng)變片，惠斯通橋路(應(yīng)變片接線橋盒)，超動態(tài)應(yīng)變儀以及高速采集系統(tǒng)組成。分離式霍普金森拉桿由材料性能和外徑相同的撞擊桿、入射桿、透射桿以及能量吸收器組成。當(dāng)撞擊桿同軸撞擊入射桿時，在入射桿產(chǎn)生一近似的壓縮方波，這個彈性壓縮波傳到入射桿和試樣界面，一部分傳進(jìn)試樣，一部分以拉伸波的形式反射回入射桿即成為反射應(yīng)變波。進(jìn)入試樣的壓縮波到達(dá)試樣與透射桿界面時，有一小部分返回試樣且在試樣中來回反射達(dá)到應(yīng)力平衡，另一部分傳到透射桿形成透射應(yīng)變波。
[0023]圖1為霍普金森拉桿的使用狀態(tài)