專利名稱：小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試裝宣，具體地說(shuō)涉及一種小直徑氣動(dòng)分離 式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，屬材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
材料的動(dòng)態(tài)性能，包括壓縮和拉伸兩種力學(xué)性能，分離式霍布金森桿實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)被認(rèn)為是最常用最有效的研究動(dòng)態(tài)載荷下的材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。目 前，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的金屬測(cè)試，已發(fā)展到巖石、陶瓷、混凝土、高聚物、 復(fù)合材料等多種材料的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。
人們對(duì)材料應(yīng)變率效應(yīng)進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多金屬材料存在著臨界應(yīng)變率， 即應(yīng)變率大于臨界值時(shí)，許多金屬材料的流動(dòng)應(yīng)力隨著應(yīng)變率增加而增加的程
度遠(yuǎn)大于應(yīng)變率小于臨界值時(shí)的情況，而臨界值一般是處于應(yīng)變率104S"，因此， 應(yīng)變率達(dá)至1(^S"的分離式霍布金森桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)引起了人們的關(guān)注。目前，利用 霍布金森桿獲得材料應(yīng)變率達(dá)到104S"的實(shí)驗(yàn)方法有兩種 一是使用氣炮作為動(dòng) 力源的分離式霍布金森桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，二是使用直接撞擊霍布金森桿(DIHPB)實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)。采用上述方法顯然不經(jīng)濟(jì)，而且也不易操作。因此，需要發(fā)明一種適合 于小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、運(yùn)行效率高和實(shí)驗(yàn)成本 低的小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。
其技術(shù)方案是 一種小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，包括由左、右
端蓋和缸體構(gòu)成的氣缸、輸入桿、輸出桿、發(fā)射控制系統(tǒng)、壓桿托架、緩沖吸 收器、撞擊速度測(cè)量記錄儀、數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)等部分，輸入桿和輸出桿上分
別安裝輸入桿應(yīng)變片和輸出桿應(yīng)變片，其特征在于氣缸的缸體內(nèi)由中間透蓋 分隔為左、右兩個(gè)發(fā)射氣腔室，中間透蓋的切面呈側(cè)倒的"T"型，其分隔的端
面為與腔室直徑相匹配的圓盤狀，其上開(kāi)設(shè)有由球閥控制的透孔，中間設(shè)有氣
管；左端蓋內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔與端面呈圓盤狀的中間透蓋的氣管端之間安裝有空心 閥桿，閥桿的一端為楔形，與中間透蓋的氣管端相鄰；另一端內(nèi)安裝有塞塊，并置于固定在左端蓋上的后端蓋內(nèi)開(kāi)設(shè)的控制氣腔室內(nèi)；位于閥桿一側(cè)的發(fā)射 氣腔室開(kāi)設(shè)有氣體注入孔;中間透蓋的氣管另一端置于右端蓋內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔內(nèi)， 并與固定在右端蓋上的法蘭上的氣管抵接；彈管通過(guò)螺紋連接在法蘭的氣管內(nèi)。
上述的空心閥桿為由兩截不同直徑的空心桿構(gòu)成變截面的結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明采用兩路常用 的安全高壓氣體充入氣缸，由于在發(fā)射缸內(nèi)設(shè)有控制氣腔室和發(fā)射氣腔室， 兩氣室分別通過(guò)控制系統(tǒng)與高壓氣瓶相連，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)子彈的發(fā)射，并將發(fā) 射氣腔室設(shè)為左右兩個(gè)氣腔室，故可以根據(jù)發(fā)射子彈的速度要求，注入不 同體積的發(fā)射氣體，當(dāng)對(duì)子彈發(fā)射速度要求較高時(shí)，則可通過(guò)雙氣腔室以 保證發(fā)射氣體的體積要求，反之，當(dāng)對(duì)子彈發(fā)射速度要求較低時(shí)，則可通 過(guò)球閥關(guān)閉一個(gè)發(fā)射氣腔室，這樣，能夠節(jié)約氣體和注氣時(shí)間；同時(shí)，將 閥桿設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，大大的減輕了閥桿自身的重量，提高了閥桿滑動(dòng)的 靈活性；通過(guò)閥桿變截面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，.保證了閥桿在兩個(gè)氣室內(nèi)受壓的面 積差，改善了閥桿的受力狀況。通過(guò)巧妙的氣缸設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，方便的實(shí) 現(xiàn)了缸內(nèi)氣體壓力和子彈發(fā)射，發(fā)射子彈瞬間為管內(nèi)高壓，裝入子彈時(shí)管內(nèi)則 為自然氣壓，安全可靠；小直徑的彈體和輸入桿、輸出桿設(shè)計(jì)，可以在彈體速 度不高時(shí)對(duì)試件產(chǎn)生高應(yīng)變率，而且易于保證試件和波導(dǎo)桿中應(yīng)力的一維狀態(tài); 氣動(dòng)控制不僅布局方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且制作調(diào)試容易。另外，本發(fā)明的發(fā)身寸 缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，調(diào)試使用方便，制造和維護(hù)成本低。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為控制氣缸結(jié)構(gòu)示意圖3是中間透蓋的結(jié)構(gòu)示意圖4是閥桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1-4所示的一mm小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，包括由左、右 端蓋和缸體構(gòu)成的氣缸、輸入桿、輸出桿、發(fā)射控制系統(tǒng)、托架、緩沖吸收器、 撞擊速度測(cè)量記錄儀、數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)等部分，輸入桿和輸出桿上分別安裝 輸入桿應(yīng)變片和輸出桿應(yīng)變片。氣缸8的缸體內(nèi)由中間透蓋86分隔為左、右兩 個(gè)發(fā)射氣腔室813、 814。中間透蓋的切面呈側(cè)倒的"T"型，其分隔的端面為與
4腔室直徑相匹配的圓盤狀861，其上開(kāi)設(shè)有由球閥864控制的透孔862,中間 設(shè)有氣管863。左端蓋82內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔與端面呈圓盤狀的中間透蓋的氣管端之 間安裝有空心閥桿85，閥桿的一端為楔形854，.與中間透蓋86的氣管端相鄰； 另一端內(nèi)安裝有塞塊851，并置于固定在左端蓋上的后端蓋81內(nèi)開(kāi)設(shè)的控制氣 腔室811內(nèi)。位于閥桿一側(cè)的發(fā)射氣腔室開(kāi)設(shè)有氣體注入孔812。中間透蓋的氣 管另一端置于右端蓋87內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔內(nèi)，并與固定在右端蓋上的法蘭88上的 氣管相通。彈管89通過(guò)螺紋連接在法蘭的氣管內(nèi)。
為了改善閥桿的受力狀況，上述的空心閥桿由兩截不同直徑的空心桿構(gòu)成 變截面的結(jié)構(gòu)。兩截空心桿之間有一直徑漸變段853。
為了方便空心閥桿的加工制作，在塞塊的一端開(kāi)設(shè)有中心孔855，在 桿體楔形接觸面端部開(kāi)設(shè)有中心孔856。
氣缸內(nèi)各部分組件之間的組合均設(shè)有密封圈，以達(dá)到氣密效果。 高壓氣瓶10通過(guò)發(fā)射控制系統(tǒng)9分另U與固定在托架上的氣缸8控制氣腔室 811和氣體注入孔812連接。與彈管89相對(duì)應(yīng)的一側(cè)托架上依次連接有子彈測(cè) 速器ll、輸入桿5、實(shí)驗(yàn)試件4、輸出桿3、吸收桿2和吸收器1。氣缸、彈管、 輸入桿、實(shí)驗(yàn)試件、輸出桿和吸收桿在同一水平軸線上。
輸入桿5和輸出桿3為實(shí)心小直徑的金屬桿，由彈性材料制成。 其工作原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在彈管89裝入子彈6至底端，然后向控制氣腔 室811內(nèi)注入高壓氣體，高壓氣體的壓力推動(dòng)閥桿85向右滑動(dòng)，將閥桿前端的 楔形接觸面與中間透蓋86的氣管端抵接，自動(dòng)封堵中間透蓋氣管的通道。然后， 通過(guò)氣體注入孔812向發(fā)射氣腔室814中注入高壓發(fā)射氣體。子彈發(fā)射時(shí)，通 過(guò)釋放控制氣腔室內(nèi)的氣體，使閥桿兩端存在壓力差，推動(dòng)閥桿向左滑動(dòng)，閥 桿前端的楔形接觸面與中間透蓋的氣管端接觸分離，發(fā)射氣腔室內(nèi)的高壓氣體 則進(jìn)入中間透蓋的氣管，推動(dòng)小直徑子彈以一定的速度撞擊小直徑的輸入桿， 在輸入桿內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)入射脈沖&，當(dāng)應(yīng)力脈沖到達(dá)試件時(shí)，試件在該脈沖作用下 發(fā)生變形，并在輸入桿中產(chǎn)生一個(gè)往回的反射脈沖^，在小直徑的輸出桿中產(chǎn) 生一個(gè)向前的透射脈沖。。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終保持彈性，系統(tǒng)的主要假設(shè)是一維 應(yīng)力假設(shè)，即試件與波導(dǎo)桿中應(yīng)力是一維的，只存在軸向應(yīng)力，這使應(yīng)力波在 波導(dǎo)桿中的傳播滿足一維彈性應(yīng)力波理論。根據(jù)波導(dǎo)桿上的記錄信號(hào)，可以測(cè) 試出試件的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。
權(quán)利要求
1、一種小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，包括由左、右端蓋和缸體構(gòu)成的氣缸、輸入桿、輸出桿、發(fā)射控制系統(tǒng)、壓桿托架、緩沖吸收器、撞擊速度測(cè)量記錄儀、數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)等部分，輸入桿和輸出桿上分別安裝輸入桿應(yīng)變片和輸出桿應(yīng)變片，其特征在于氣缸(8)的缸體內(nèi)由中間透蓋(86)分隔為左、右兩個(gè)發(fā)射氣腔室(813、814)；中間透蓋的切面呈側(cè)倒的“T”型，其分隔的端面為與腔室直徑相匹配的圓盤狀(861)，其上開(kāi)設(shè)有由球閥控制的透孔(862)，中間設(shè)有氣管(863)；左端蓋(82)內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔與端面呈圓盤狀的中間透蓋的氣管端之間安裝有空心閥桿(85)，閥桿的一端為楔形(854)，與中間透蓋的氣管端相鄰；另一端內(nèi)安裝有塞塊(851)，并置于固定在左端蓋上的后端蓋(81)內(nèi)開(kāi)設(shè)的控制氣腔室(811)內(nèi)；閥桿一側(cè)的發(fā)射氣腔室開(kāi)設(shè)有氣體注入孔(812)；中間透蓋的氣管另一端置于右端蓋(87)內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔內(nèi)，并與固定在右端蓋上的法蘭(88)上的氣管相通；彈管(89)通過(guò)螺紋連接在法蘭的氣管內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特 征在于所述的空心閥桿(85)由兩截不同直徑的空心桿構(gòu)成變截面的結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特 征在于所述的氣缸、彈管、輸入桿、實(shí)驗(yàn)試件、輸出桿和吸收桿在同一水平 軸線上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，其特 征在于所述的輸入桿和輸出桿為實(shí)心小直徑的金屬桿，由彈性材料制成。
全文摘要
小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，屬材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。其目的是提供一種穩(wěn)定可靠、運(yùn)行效率高的小直徑氣動(dòng)分離式動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。其技術(shù)要點(diǎn)氣缸的缸體內(nèi)由中間透蓋分隔為左、右兩個(gè)發(fā)射氣腔室；中間透蓋的切面呈側(cè)倒的“T”型，其分隔的端面為與腔室直徑相匹配的圓盤狀，其上開(kāi)設(shè)有由球閥控制的透孔，中間設(shè)有氣管；左端蓋內(nèi)的圓孔與中間透蓋的氣管端之間安裝空心閥桿，閥桿的一端與中間透蓋的氣管端相鄰；另一端內(nèi)安裝有塞塊，并置于固定在左端蓋上的后端蓋內(nèi)開(kāi)設(shè)的控制氣腔室內(nèi)；閥桿一側(cè)的發(fā)射氣腔室開(kāi)設(shè)有氣體注入孔；中間透蓋的氣管另一端置于右端蓋內(nèi)開(kāi)設(shè)的圓孔內(nèi)，并與固定在右端蓋上的法蘭上的氣管相通；彈管通過(guò)螺紋連接在法蘭的氣管內(nèi)。
文檔編號(hào)G01N3/12GK101487779SQ20091011621
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者劉筱玲, 孟祥瑞, 宋順成, 王庭輝, 趙光明 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)