飛輪式霍普金森扭桿裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料動態(tài)力學(xué)性能實驗設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種飛輪式霍普金森扭桿
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]分離式霍普金森桿是一種研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動態(tài)力學(xué)性能的有效實驗裝置。自從1949年Kolsky發(fā)明分離式霍普金森壓桿裝置并用其研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動態(tài)力學(xué)性能以來，動態(tài)壓縮實驗技術(shù)不斷提高。對某些材料而言，其動態(tài)拉伸性能比其動態(tài)壓縮性能更加重要，分離式霍普金森拉桿也有了長足的發(fā)展。但是，有時研究者更為關(guān)心材料的動態(tài)抗剪能力，因而在70年代T.Nicholas等人發(fā)明了預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿。所謂預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿是將扭轉(zhuǎn)入射桿一分為二，其中一端有便于加外力矩(載荷)的旋轉(zhuǎn)頭(此段稱為預(yù)扭段)，另一端則與試件相連。在分界處用一抱緊式夾具(其中主要件是一中部開有環(huán)狀V形槽的螺栓)將桿夾住，阻止其扭轉(zhuǎn)。用千斤頂或其它裝置將旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)從而對預(yù)段扭轉(zhuǎn)加載，在這一段上預(yù)貯扭轉(zhuǎn)能量。當(dāng)預(yù)貯能量值達(dá)到實驗者期望值時，實驗者迅速釋放夾持機構(gòu)，預(yù)加載段的能量(應(yīng)力、應(yīng)變)以波的形式傳向入射桿的未加載段形成扭轉(zhuǎn)加載波。采用這種方式的主要不足之處有:
[0003]1.夾緊裝置很難將桿完全夾住而不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，往往在加載過程中要不斷去加強夾緊力(進(jìn)一步擰緊螺栓)，以阻止旋轉(zhuǎn)滑動。在此過程中常常會發(fā)生螺栓突然斷裂，致使該次實驗失敗。
[0004]2.這種預(yù)貯能式扭桿在實驗是通過擰斷中部開有環(huán)狀V形槽的螺栓釋放夾具，而擰斷螺栓的過程具有很大的隨機性，嚴(yán)重影響波形的實驗條件的重復(fù)性。
[0005]2013年姜錫權(quán)等發(fā)明了 T形分離式霍普金森扭桿，這種發(fā)明幾乎克服了預(yù)貯能式扭桿的所有缺點，但是因其結(jié)構(gòu)原因，在轉(zhuǎn)換裝置中不可避免地產(chǎn)生復(fù)雜的彎曲波，這種彎曲波又難以消除，會傳入到扭轉(zhuǎn)入射桿中。另外，對于大直徑(如1000mm)的扭桿，因波在桿橫截面上傳播并且達(dá)到均勻需要較長時間，與此同時，波已沿軸向傳開，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)入射波的上升沿不可能陡峭，影響了實驗應(yīng)變率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，以解決上述技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]—種飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、主動飛輪、電磁吸合裝置、鐵磁性飛輪、法蘭盤、扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿，所述主動飛輪、鐵磁性飛輪和法蘭盤三者同軸設(shè)置，所述主動飛輪和法蘭盤分別設(shè)置在鐵磁性飛輪的兩側(cè)，并留有間隙；所述主動飛輪與鐵磁性飛輪相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片，所述法蘭盤與鐵磁性飛輪相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片；所述主動飛輪通過主動輪軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置連接，所述法蘭盤與扭轉(zhuǎn)入射桿連接，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿同軸相對設(shè)置，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿之間安裝試件；所述電磁吸合裝置包括分別設(shè)置鐵磁性飛輪兩側(cè)的第一電磁吸合裝置和第二電磁吸合裝置，其中第一電磁吸合裝置與主動飛輪同側(cè)設(shè)置，第二電磁吸合裝置與法蘭盤同側(cè)設(shè)置。
[0009]所述法蘭盤與扭轉(zhuǎn)入射桿連接的一側(cè)還設(shè)置有軸向承載限位裝置。
[0010]所述鐵磁性飛輪由中軸支承并可繞中軸旋轉(zhuǎn)，中軸由支承裝置支承，并使其周向自由旋轉(zhuǎn)、軸向自由滑動。
[0011]所述鐵磁性飛輪主要由鐵磁性材料制成。
[0012]所述扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿由滾動支承裝置支撐。
[0013]旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置首先驅(qū)動主動飛輪旋轉(zhuǎn)，第一電磁吸合裝置吸合鐵磁性飛輪使之與主動飛輪密合，借助摩擦片使鐵磁性飛輪與主動飛輪一起以一定角速度旋轉(zhuǎn)。第一電磁吸合裝置停止工作，與此同時第二電磁吸合裝置開始吸合鐵磁性飛輪使之向法蘭盤運動并與其密合，在摩擦片作用下鐵磁性飛輪將轉(zhuǎn)動動能和動量矩傳遞給法蘭盤，繼而以波的形式傳入扭轉(zhuǎn)入射桿，在扭轉(zhuǎn)入射桿中形成扭轉(zhuǎn)波并向試件傳播；在試件界面上，扭轉(zhuǎn)波一部分反射回扭轉(zhuǎn)入射桿，一部分透射到扭轉(zhuǎn)透射桿中。分別記錄扭轉(zhuǎn)入射桿和扭轉(zhuǎn)透射桿中的波形，按照霍普金森桿的理論便可分析計算得到試件材料在一定應(yīng)變率下扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0014]在鐵磁性飛輪與法蘭盤密合一定時間后，第二電磁吸合裝置停止工作，第一電磁吸合裝置再次工作將鐵磁性飛輪吸合到主動飛輪上。
[0015]所述電磁吸合裝置分列在鐵磁性飛輪左右兩側(cè)，分別稱其為第一電磁吸合裝置和第二電磁吸合裝置，在試驗程序控制下兩裝置交替吸合，使鐵磁性飛輪左右運動達(dá)到對扭轉(zhuǎn)入射桿加卸載的目的。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明提供的一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，用于對材料進(jìn)行動態(tài)扭轉(zhuǎn)實驗，徹底彌補了現(xiàn)有預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿在加載過程中存在的缺陷，以及T形霍普金森扭桿裝置在轉(zhuǎn)換裝置中產(chǎn)生復(fù)雜的彎曲波的缺陷，大大減小了實驗難度，極大地提高了實驗效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但下述實施例僅僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非全部?；趯嵤┓绞街械膶嵤├?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其它實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置1、主動飛輪3、第一電磁吸合裝置4、第二電磁吸合裝置6、鐵磁性飛輪5、法蘭盤12、扭轉(zhuǎn)入射桿8、扭轉(zhuǎn)透射桿10，主動飛輪3、鐵磁性飛輪5和法蘭盤12三者同軸設(shè)置，主動飛輪3和法蘭盤12分別設(shè)置在鐵磁性飛輪5的兩側(cè)，并留有間隙；主動飛輪3與鐵磁性飛輪5相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片13，法蘭盤12與鐵磁性飛輪5相對的兩側(cè)面也分別設(shè)置有摩擦片13 ;主動飛輪3通過主動輪軸2與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置I連接，法蘭盤12與扭轉(zhuǎn)入射桿8連接，扭轉(zhuǎn)透射桿10與扭轉(zhuǎn)入射桿8同軸相對設(shè)置，扭轉(zhuǎn)透射桿10與扭轉(zhuǎn)入射桿8之間安裝試件9 ;第一電磁吸合裝置4和第二電磁吸合裝置6分別設(shè)置在鐵磁性飛輪5兩側(cè)，其中第一電磁吸合裝置4與主動飛輪3同側(cè)設(shè)置，第二電磁吸合裝置6與法蘭盤12同側(cè)設(shè)置；法蘭盤12與扭轉(zhuǎn)入射桿8連接的一側(cè)還設(shè)置有軸向承載限位裝置7，扭轉(zhuǎn)入射桿8、扭轉(zhuǎn)透射桿10由滾動支承裝置11支撐。
[0021]軸向承載限位裝置7吸收在第二電磁吸合裝置6吸合鐵磁性飛輪5過程中產(chǎn)生的軸向運動的動能和動量，使之盡可能少的傳入扭轉(zhuǎn)入射桿8，但不限制法蘭盤12的旋轉(zhuǎn)。
[0022]旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置I首先驅(qū)動主動飛輪3，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，第一電磁吸合裝置4吸合鐵磁性飛輪5使之與主動飛輪3密合，借助摩擦片13使鐵磁性飛輪5與主動飛輪3 —起以一定角速度旋轉(zhuǎn)。第一電磁吸合裝置4停止工作，與此同時第二電磁吸合裝置6開始吸合鐵磁性飛輪5使之向法蘭盤12運動并與其密合，在摩擦片13作用下鐵磁性飛輪5將轉(zhuǎn)動動能和動量矩傳遞給法蘭盤12繼而以波的形式傳入扭轉(zhuǎn)入射桿8，在扭轉(zhuǎn)入射桿8中形成扭轉(zhuǎn)波并向試件9傳播。在試件9界面上，扭轉(zhuǎn)波一部分反射回扭轉(zhuǎn)入射桿8，一部分透射到扭轉(zhuǎn)透射桿10中，分別記錄扭轉(zhuǎn)入射桿8和扭轉(zhuǎn)透射桿10中的波形，按照霍普金森桿的理論便可分析計算得到試件材料在一定應(yīng)變率下扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0023]本發(fā)明徹底地彌補了上文所述的現(xiàn)有預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿和T形霍普金森扭桿裝置的不足之處，大大減小了實驗難度、極大地提高了實驗效率。
[0024]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換(如采用霍普金森拉桿代替其中的霍普金森壓桿等)，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、主動飛輪、電磁吸合裝置、鐵磁性飛輪、法蘭盤、扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿，所述主動飛輪、鐵磁性飛輪和法蘭盤三者同軸設(shè)置，所述主動飛輪和法蘭盤分別設(shè)置在鐵磁性飛輪的兩側(cè)，并留有間隙；所述主動飛輪與鐵磁性飛輪相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片，所述法蘭盤與鐵磁性飛輪相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片；所述主動飛輪通過主動輪軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置連接，所述法蘭盤與扭轉(zhuǎn)入射桿連接，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿同軸相對設(shè)置，所述扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿之間安裝試件；所述電磁吸合裝置包括分別設(shè)置鐵磁性飛輪兩側(cè)的第一電磁吸合裝置和第二電磁吸合裝置，其中第一電磁吸合裝置與主動飛輪同側(cè)設(shè)置，第二電磁吸合裝置與法蘭盤同側(cè)設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述法蘭盤與扭轉(zhuǎn)入射桿連接的一側(cè)還設(shè)置有軸向承載限位裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述鐵磁性飛輪由中軸支承并可繞中軸旋轉(zhuǎn)，中軸由支承裝置支承，并使其周向自由旋轉(zhuǎn)、軸向自由滑動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述鐵磁性飛輪主要由鐵磁性材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪式霍普金森扭桿裝置，其特征在于:所述扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿由滾動支承裝置支撐。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飛輪式霍普金森扭桿裝置，涉及材料動態(tài)力學(xué)性能實驗設(shè)備領(lǐng)域，主要包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、主動飛輪、電磁吸合裝置、鐵磁性飛輪、法蘭盤、扭轉(zhuǎn)入射桿、扭轉(zhuǎn)透射桿，主動飛輪和法蘭盤分別設(shè)置在鐵磁性飛輪的兩側(cè)；主動飛輪與鐵磁性飛輪相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片，法蘭盤與鐵磁性飛輪相對的兩側(cè)面分別設(shè)置有摩擦片；主動飛輪通過主動輪軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置連接，法蘭盤與扭轉(zhuǎn)入射桿連接，扭轉(zhuǎn)透射桿與扭轉(zhuǎn)入射桿之間安裝試件。本發(fā)明徹底彌補了現(xiàn)有預(yù)貯能型分離式霍普金森扭桿在加載過程中存在的缺陷，以及T形霍普金森扭桿裝置在轉(zhuǎn)換裝置中產(chǎn)生復(fù)雜的彎曲波的缺陷，大大減小了實驗難度，極大地提高了實驗效率。
【IPC分類】G01N3/26
【公開號】CN105181486
【申請?zhí)枴緾N201510615594
【發(fā)明人】方秦, 姜錫權(quán), 肖桂鳳, 陳力, 崔世堂, 于瀟, 陳曉磊, 周永康
【申請人】中國人民解放軍理工大學(xué), 中國人民解放軍陸軍軍官學(xué)院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月24日