[实用新型]一种用于霍普金森压杆试验的防护箱

说明书

技术领域

本发明涉及测试材料在高应变率下力学特性的试验装置技术领域，具体是一种应用于霍普金森压杆实验的防护箱，它兼具了试件约束、试件碎块收集与安全防护这三项功能。

背景技术

分离式霍普金森杆(SplitHopkinsonpressurebar，SHPB)是一种研究一维应力状态下材料动态力学性能的有效实验装置。自1949年由Kolsky发明并用其研究一维应力状态下材料动态力学性能以来，该实验装置已有很多改进，相应的实验技术也不断丰富，其应用领域从最初研究金属材料的动态力学性能，到现在可研究岩石、混凝土、陶瓷、高聚物、含能材料、泡沫材料等多种材料的动态力学性能。分离式霍普金森压杆的实验装置主要由发射装置、子弹、入射杆、透射杆、吸能缓冲装置以及应变、弹速测试仪等部分组成，在进行硬脆性材料的冲击试验时，发射装置射出高速冲击的子弹，子弹撞击入射杆产生高速应力波，使得夹持在入射杆与透射杆之间的硬脆性材料试件被破坏，并有部分碎块以一定的速度向周围溅射。在这一过程中，有三个关键点需要注意：1)试件应当以一种比较稳固但又不受限制的方式夹持在入射杆与透射杆之间，否则可能会在冲击试验中滑脱，从而偏离一维应力条件；2)出于试件破坏形态的研究需要，包括对试件碎块进一步处理和分析的需要，试件破坏后的碎块、碎片应当被尽量完整和小心地收集起来；3)为了保障试验操作人员的安全，有必要设置相应的防护装置来限制试件碎块的溅射范围。

现有的分离式霍普金森压杆装置在对试件的处置上往往只考虑了上述三个关键点的第三点，设计了相应的碎块收集与防护装置，例如宁波大学申请的应用于霍普金森压杆的碎片收集及安全防护装置及试验台专利(No:201521125312.1)和安徽理工大学申请的一种霍普金森压杆试验碎块收集及防护装置专利(No:201520236199.8)。然而，现有的相关技术普遍存在以下不足：1)在冲击试验过程中没有实现合理有效的试件约束；2)在防护装置内壁的选材上大多采用质地坚硬的金属、合金等材料，短时间内尚能满足冲击试验要求，但经历较多次的试件碎块击打后容易发生破损、变形等，不利于该装置的耐久性；3)同样由于防护装置内壁的坚硬，容易使飞溅到壁上的试件碎片发生再次破损，这样收集后的试件碎块无法真实的反映冲击试验本身对试件造成的破坏特征，更不必说进一步的处理和分析了(例如微观检测、分形研究等)。

发明内容

为克服现有技术中存在的不能对试件进行现合理有效的约束、试件碎块破坏防护装置内壁，以及与防护装置撞击后的试件碎片无法真实的反映冲击试验本身对试件造成的破坏特征的不足，本发明提出了一种用于霍普金森压杆试验的防护箱。

本发明包括防护箱、试件约束机构和碎块收集盒，其中试件约束机构吊装在所述防护箱内，并使该试件约束机构的拉环位于所述防护箱内中部。所述碎块收集盒位于所述防护箱内，并位于所述拉环的下方，被嵌装在该防护箱的底座上表面的凹槽内。在所述防护箱箱体对称的两侧壁板上分别有通孔，一侧壁板上的通孔为入射杆的通孔，另一侧壁板上的通孔为透射杆的通孔，并且两侧壁板上的通孔均与所述拉环同心。

所述防护箱包括底座和箱体，并且箱体敞口一端坐在底座的上表面，组成了方形的防护箱。该防护箱箱体上的一侧壁板为该防护箱的箱门。在与所述箱门相邻的两个箱体壁板上分别开有入射杆的通孔和透射杆的通孔；所述入射杆的通孔和透射杆的通孔均与位于防护箱内的拉环同心。在所述箱体顶板的几何中心有所述试件约束机构中的螺母的安装孔。所述底座的上表面有用于嵌装所述碎块收集盒的凹槽；该凹槽的横截面为梯形。

所述碎块收集盒为槽形，其横截面为梯形。在该碎块收集盒盒底下安装有滚轮，以方便将该碎块收集盒的推入或拉出底座上的凹槽。碎块收集盒的尺寸与防护箱底座上的凹槽相配合。

所述防护箱的箱体与碎块收集盒的壳体均采用三层结构的复合材料，由外至里依次为：高强铝合金-高弹性顺丁橡胶-高分子耐磨颗粒胶。

所述试件约束机构包括旋转螺杆、螺母、钢绞线、拉环和橡胶垫片，所述钢绞线的一端与旋转螺杆的下端面固连，该钢绞线的另一端与拉环固连。内螺纹的螺母旋装在所述旋转螺杆的圆周表面。所述橡胶垫片由相互嵌合的两个卡片组成。在所述拉环采用尼龙绳编织而成，并使该拉环的两端分别与一个所述卡片固连；当两个卡片相互嵌合后，使与之固连的拉环形成环状；所述橡胶垫片在该拉环上的位置与钢绞线的固连位置对称。使用时，旋转位于螺母内的旋转螺杆，通过所述钢绞线带动拉环上下移动。

本发明同时具备了试件约束、试件碎块收集与安全防护三个功能。

本发明中：