专利名称：一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置及实验方法
技术领域：
本发明涉及ー种冲击膨胀环实验，尤其是涉及ー种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置及实验方法。
背景技术：
目前，动态加载下的膨胀环实验主要分为电磁膨胀环和爆炸膨胀环两种。电磁膨胀环是通过电磁力驱动环形试件膨胀，能精确的控制环的膨胀应变率；但能达到的应变率较低，且要求环的电导率较高，大电流带来的热软化效应也相当明显，故电磁膨胀环实验装置只能针对导电良好的金属环试件，且试件温升带来的力学性能改变也是不可避免的。爆炸膨胀环是冲击波驱动环形试件，使其获得初始动能后自由膨胀，爆炸冲击波可以使试件
获得较大动能而达到较高应变率，试件材料不受限，且温升不明显；但爆炸产生的冲击波影响试件的ー维拉伸状态，爆炸的随机性也使得实验装置的应变率调节困难，且整体实验装置成本较闻。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置及实验方法，本实用装置结构简单、操作方便；本实验方法測定的数据可靠，便于推广。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，包括前活塞套筒和后活塞套筒，所述的前活塞套筒包括第一筒体和第一底座，所述的第一底座中间设置有第一通孔，所述的第一底座的外径大于第一筒体的外径，所述的第一底座侧部设置有外螺纹结构；
所述的后活塞套筒包括第二筒体和第二底座，所述的第二底座上设置有内螺纹，所述的第一底座上的外螺纹与第二底座上的内螺纹相互配合，所述的第一底座与第二底座之间形成间隙，所述的间隙中间放置有圆环形试件，所述的第二底座中间设置有第二通孔，所述的第一通孔与所述的第二通孔相互吻合；
第一冲击活塞伸入所述的第一筒体内一段距离，第二冲击活塞完全塞入所述的第二筒体内；
第一冲击活塞与第一筒体之间形成的空腔、第一通孔和第二通孔内充满有液压油。所述的第一底座上分布有多个细小的通气孔，间隙内的空气通过所述的通气孔与外部空气连通。所述的第一筒体上设置有注油孔，所述的注油孔上设置有带密封环的塞头。所述的第一冲击活塞上套设有第一密封环，所述的第二冲击活塞上套设有第二密封环。ー种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验方法，其特征在于包括如下具体步骤
I)用一根直径与第一通孔内径相当的圆柱棒插入前活塞套筒内，将圆环形试件套在圆
柱棒上后，同时将圆柱棒前端插入后活塞套筒的第二通孔中，将圆环形试件定位后，前活塞套筒的第一底座与后活塞套筒的第二底座旋紧，形成套筒组件，拔出圆柱棒，圆环形试件被固定在第一底座与第二底座之间的间隙中心；
2)将套筒组件直立起来，使前活塞套筒的第一筒体开ロ朝上，后活塞套筒的第二筒体开ロ朝下，将第二冲击活塞完全塞入后活塞套筒的第二筒体内，从第一筒体的筒ロ注入液压油至注油孔的最低位以下，然后将第一冲击活塞缓慢塞入到第一筒体内至注油孔的最高位以上；
3)将灌有液压油的套筒组件横向放置，使注油孔开ロ朝上，然后从注油孔缓慢将液压油注满第一筒体，用配有密封环的塞头将注油孔封住；
4)将组装好的冲击膨胀环实验装置作为ー个整体试件置于分离式霍普金森入射杆和透射杆之间，用子弹打击入射杆提供ー个初始的动能，使得液压油获得一个膨胀速度驱动圆环形试件膨胀。 与现有技术相比，本发明的优点在于I :利用液压油的近似不可压缩特性，可将较低的打击速度转化为较高的膨胀速度，并避免了试件的温升和应カ波效应，同时保证了试件的一维应カ状态和原始的力学性能；2 :实验方法是基于霍普金森压杆技术而提出的，霍普金森压杆在国内外普及程度较高，相对于电磁膨胀环方法和爆炸膨胀环方法，本发明专利更利于广泛应用。


图I为本发明的立体 图2为本发明的剖视 图3为图2中A中的放大 图4为本发明置于霍普金森压杆后的结构 图5为本发明的前活塞套筒的立体图(一)；
图6为本发明的前活塞套筒的立体图(ニ)；
图7为本发明的后活塞套筒的立体图(一)；
图8为本发明的后活塞套筒的立体图(ニ)；
图9为本发明的圆环形试件的结构图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进ー步详细描述。ー种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，包括前活塞套筒I和后活塞套筒2，前活塞套筒I包括第一筒体11和第一底座12，第一底座12中间设置有第一通孔13，第一底座12的外径大于第一筒体11的外径，第一底座12侧部设置有外螺纹结构；
后活塞套筒2包括第二筒体21和第二底座22，第二底座22上设置有内螺纹，第一底座12上的外螺纹与第二底座22上的内螺纹相互配合，第一底座12与第二底座22之间形成间隙3，间隙3中间放置有圆环形试件4，第二底座22中间设置有第二通孔23，第一通孔13与第二通孔23相互吻合；
第一冲击活塞5伸入第一筒体11内一段距离，第二冲击活塞6完全塞入第二筒体21
内；第一冲击活塞5与第一筒体11之间形成的空腔6、第一通孔13和第二通孔23内充满有液压油19。第一底座12上分布有多个细小的通气孔121，间隙3内的空气通过通气孔121与外部空气连通。第一筒体11上设置有注油孔14，注油孔14上设置有带密封环的塞头15。第一冲击活塞5上套设有第一密封环51，第二冲击活塞6上套设有第二密封环62。ー种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验方法，其特征在于包括如下具体步骤
1)用一根直径与第一通孔内径相当的圆柱棒插入前活塞套筒I内，将圆环形试件4套在圆柱棒上后，同时将圆柱棒前端插入后活塞套筒2的第二通孔23中，将圆环形试件4定 位后，前活塞套筒I的第一底座12与后活塞套筒2的第二底座22旋紧，形成套筒组件，拔出圆柱棒，圆环形试件4被固定在第一底座12与第二底座22之间的间隙3中心；
2)将套筒组件直立起来，使前活塞套筒I的第一筒体11开ロ朝上，后活塞套筒2的第ニ筒体21开ロ朝下，将第二冲击活塞6完全塞入后活塞套筒2的第二筒体21内，从第一筒体21的筒ロ注入液压油至注油孔14的最低位以下，然后将第一冲击活塞5缓慢塞入到第一筒体21内至注油孔14的最高位以上；
3)将灌有液压油的套筒组件横向放置，使注油孔14开ロ朝上，然后从注油孔14缓慢将液压油注满第一筒体11，用配有密封环的塞头15将注油孔14封住；
4)将组装好的冲击膨胀环实验装置作为ー个整体试件置于分离式霍普金森入射杆16和透射杆17之间，用子弹18打击入射杆16提供ー个初始的动能，使得液压油19获得ー个膨胀速度驱动圆环形试件4膨胀。
权利要求
1.一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，其特征在于包括前活塞套筒和后活塞套筒，所述的前活塞套筒包括第一筒体和第一底座，所述的第一底座中间设置有第一通孔，所述的第一底座的外径大于第一筒体的外径，所述的第一底座侧部设置有外螺纹结构； 所述的后活塞套筒包括第二筒体和第二底座，所述的第二底座上设置有内螺纹，所述的第一底座上的外螺纹与第二底座上的内螺纹相互配合，所述的第一底座与第二底座之间形成间隙，所述的间隙中间放置有圆环形试件，所述的第二底座中间设置有第二通孔，所述的第一通孔与所述的第二通孔相互吻合； 第一冲击活塞伸入所述的第一筒体内一段距离，第二冲击活塞完全塞入所述的第二筒体内； 第一冲击活塞与第一筒体之间形成的空腔、第一通孔和第二通孔内充满有液压油。
2.根据权利要求I所述的一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，其特征在于所述的第一底座上分布有多个细小的通气孔，间隙内的空气通过所述的通气孔与外部空气连通。
3.根据权利要求2所述的一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，其特征在于所述的第一筒体上设置有注油孔，所述的注油孔上设置有带密封环的塞头。
4.根据权利要求3所述的一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，其特征在于所述的第一冲击活塞上套设有第一密封环，所述的第二冲击活塞上套设有第二密封环。
5.一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验方法，其特征在于包括如下具体步骤 1)用一根直径与第一通孔内径相当的圆柱棒插入前活塞套筒内，将圆环形试件套在圆柱棒上后，同时将圆柱棒前端插入后活塞套筒的第二通孔中，将圆环形试件定位后，前活塞套筒的第一底座与后活塞套筒的第二底座旋紧，形成套筒组件，拔出圆柱棒，圆环形试件被固定在第一底座与第二底座之间的间隙中心； 2)将套筒组件直立起来，使前活塞套筒的第一筒体开口朝上，后活塞套筒的第二筒体开口朝下，将第二冲击活塞完全塞入后活塞套筒的第二筒体内，从第一筒体的筒口注入液压油至注油孔的最低位以下，然后将第一冲击活塞缓慢塞入到第一筒体内至注油孔的最高位以上； 3)将灌有液压油的套筒组件横向放置，使注油孔开口朝上，然后从注油孔缓慢将液压油注满第一筒体，用配有密封环的塞头将注油孔封住； 4)将组装好的冲击膨胀环实验装置作为一个整体试件置于分离式霍普金森入射杆和透射杆之间，用子弹打击入射杆提供一个初始的动能，使得液压油获得一个膨胀速度驱动圆环形试件膨胀。
全文摘要
本发明公开了一种基于霍普金森压杆的冲击膨胀环实验装置，第一底座上的外螺纹与第二底座上的内螺纹相互配合，第一底座与第二底座之间形成间隙，间隙中间放置有圆环形试件，第二底座中间设置有第二通孔，第一通孔与第二通孔相互吻合；第一冲击活塞伸入第一筒体内一段距离，第二冲击活塞完全塞入第二筒体内；第一冲击活塞与第一筒体之间形成的空腔、第一通孔和第二通孔内充满有液压油，其优点是1利用液压油的近似不可压缩特性，可将较低的打击速度转化为较高的膨胀速度，并避免了试件的温升和应力波效应，同时保证了试件的一维应力状态和原始的力学性能；2相对于电磁膨胀环方法和爆炸膨胀环方法，本发明专利更利于广泛应用。
文档编号G01N3/307GK102680338SQ20121014433
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者周风华, 郑宇轩 申请人:宁波大学