[发明专利]一种可原位观测撞击变形和撞击力测量的实验装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种可原位观测撞击变形和撞击力测量的实验装置和试验方法，实验装置包含四个子系统：支架系统、释放系统、力测量系统、原位观测系统。通过释放系统将撞击物释放，撞击到力测量系统的固壁上，力传感器记录下撞击力，高速摄像记录下撞击物撞击位置的变形过程，从而得到结构物撞击固壁时的动态力学性能。

技术领域

本发明涉及一种可原位观测撞击变形和撞击力测量的实验装置和试验方法，具体涉及在结构物撞击固壁时的动态力学行为的实验装置和试验方法。

背景技术

作为冲击加载的一种常见类型，撞击指的是一个具有质量的物体或结构以某一速度撞击到另一个物体的加载行为，器具有非常复杂的力学和物理现象。事实上，由于撞击物和被撞击的遮挡，导致撞击点的变形过程无法被观测到，使得分析撞击过程的力学和物理现象变得更加困难，因此对结构撞击行为的研究就显得尤其重要。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可原位观测撞击变形和撞击力测量的实验装置和试验方法，通过同步记录撞击力大小和原位观测撞击位置变形过程，可以将试件变形阶段和撞击力大小一一对应，从而得到结构物以不同撞击能量撞击固壁时的动态行为。

本发明技术解决方案：一种可原位观测撞击变形和撞击力测量的实验装置，包含支架系统、释放系统、力测量系统、原位观测系统；

所述支架系统包括底盘、支架、导轨、沿导轨滑动的质量块、沿导轨滑动的质量框架；支架和底盘通过螺纹连接，导轨固定在支架上；

所述释放系统，包括硅胶吸盘、真空发生器、电磁阀和空气泵；所述的硅胶吸盘、真空发生器、电磁阀和空气泵通过气管连接；所述硅胶吸盘通过螺纹连接在质量块上，所述质量块可以沿着导轨滑动；

所述力测量系统，包括特制的力传感器、电荷放大器和示波器；所述的特制的力传感器是由两块透明的钢化玻璃和四个传感器组成的三明治结构，四个传感器和钢化玻璃通过螺钉连接；力传感器、电荷放大器和示波器通过专用导线连接；特制的力传感器通过螺纹连接固定在质量框架上，所述的质量框架可以沿着导轨滑动；

所述的原位观测系统记录试件撞击固壁时，试件撞击位置的变形过程，它由镜子、摄像机和电脑组成，摄像机和电脑连接。

所述镜子与水平面呈45°角，使得水平放置的高速摄像观测试件撞击在固壁上的变形过程。

本发明的一种原位观测撞击变形和撞击力测量的试验方法，包括以下步骤：

(1)将试件放置在硅胶吸盘下方，接通电磁阀开关，在硅胶吸盘内形成真空，从而使得试件被吸附住；

(2)提升固定硅胶吸盘的质量块至指定高度，最大高度由导轨长度限定；

(3)检查力传感器与示波器连接是否正常；

(4)检查高速摄像机和电脑连接是否正常；

(5)断开电磁阀开关，试件以一定高度自由落体撞击在传感器上方的钢化玻璃上，在断开电磁阀开关的同时，触发示波器和高速摄像机开始记录，当试件撞击在固壁上后，示波器将记录下撞击力的大小，高速摄像机将记录下试件撞击固壁时的变形过程；

(6)导出示波器数据和高速摄像数据，更换试件；

(7)调节固定硅胶吸盘的质量块高度，重复上述步骤，得到试件以不同撞击能量撞击固壁时的撞击力大小以及变形过程，从而确定件撞击在固壁上的动态力学行为。