本發(fā)明涉及一種用于分離式霍普金森壓桿的凍結(jié)與低溫沖擊試驗裝置，屬于材料力學性能測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar)實驗技術(shù)是研究中高應(yīng)變率下材料力學性能的最主要、最可靠的實驗方法，分離式霍普金森壓桿實驗裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量精巧等優(yōu)點，涉及的各種加載技術(shù)、測試技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法也比較成熟。

一般工程材料的應(yīng)變率敏感性在10²～10⁴s^-1的應(yīng)變率范圍內(nèi)變化比較劇烈，因此分離式霍普金森壓桿已經(jīng)成為材料動力學性能測試的最基本的一種實驗裝置。另外，低溫環(huán)境對材料力學性能具有顯著影響，如金屬的低溫冷脆性，混凝土、巖石以及巖土等多孔介質(zhì)的低溫凍脹性等，因此用于分離式霍普金森壓桿的低溫試驗裝置具有顯著的工程價值與學術(shù)意義。

目前，已有不少技術(shù)人員和科研院所結(jié)合自身的項目特點設(shè)計了低溫實驗裝置，例如：馬芹永的實用新型低溫霍普金森壓桿試驗可控恒溫實驗裝置；空軍勤務(wù)學院的實用新型用于分離式霍普金森壓桿試驗的低溫保溫裝置；南京理工大學的實用新型霍普金森試驗試件裝置；湖南科技大學的實用新型一種實現(xiàn)霍普金森壓桿低溫沖擊的冷卻系統(tǒng)；中國民用航空飛行學院的實用新型一種霍普金森桿低溫實驗裝置等；以上實用新型都具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便等優(yōu)點，可使實驗人員處于常溫環(huán)境下進行低溫試驗，且保證試樣所需的低溫環(huán)境。但以上低溫條件下分離式霍普金森壓桿沖擊試驗的實驗裝置均為簡單地為單個試樣提供低溫環(huán)境或者保溫功能，存在效率低下、能耗較高以及對低溫試驗環(huán)境擾動大的不足。

由于分離式霍普金森桿沖擊實驗具有實驗間斷進行、單次實驗時間短、實驗次數(shù)多等特點，且在進行低溫實驗時，材料試件、實驗桿對溫度敏感度高，因此，需要一種將若干試樣的凍結(jié)與試樣的低溫沖擊試驗同步實施，實現(xiàn)無溫差、快速提供試驗試樣的分離式霍普金森壓桿低溫試驗裝置，用來高效精確測量材料的低溫動態(tài)力學性能。 中國礦業(yè)大學就此情境設(shè)計了一種用于霍普金森桿的低溫實驗裝置，該裝置在常規(guī)分離式霍普金森壓桿低溫實驗裝置的基礎(chǔ)上加裝了試件存放單元和齒輪驅(qū)動系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)試件的凍結(jié)和低溫沖擊試驗同步實施的功能，但存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是齒輪驅(qū)動系統(tǒng)加工、安裝難度較大的問題，同時，在試件存放單元移動位置后，由于裝置的底蓋打開，導(dǎo)致保溫環(huán)境劣化。

因而，如何在實現(xiàn)多試件的凍結(jié)和低溫沖擊試驗同步實施的同時優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)、降低試驗中的熱傳遞、提高試驗效率是低溫條件下霍普金森壓桿試驗需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工、安裝難度較大，并且試驗效率低下、能耗較高以及對低溫試驗環(huán)境擾動大的不足，本發(fā)明提出了一種分離式霍普金森壓桿的凍結(jié)與低溫沖擊試驗裝置。

本發(fā)明包括低溫實驗艙、冷凝管、推桿、托架、多個試樣承載單元、滾軸和隔板。所述低溫實驗艙分為上層試驗腔和下層試驗腔；所述上層試驗腔用于低溫沖擊試驗；所述下層試驗腔用于試樣的低溫凍結(jié)試驗。在所述低溫實驗艙殼體外表面纏繞有冷凝管。滾軸安裝在下層試驗腔中，外邊緣距下層試驗腔底板內(nèi)表面5mm。多個試樣承載單元分別放置在滾軸上；試驗時各試樣分別放置在各試樣承載單元的上表面。托架的托架平臺位于所述下層試驗腔的一端，處于隔板的正下方；托架的托架操作桿向下延伸至裝置箱體外。推桿的一端穿過所述下層試驗腔殼體位于該下層試驗腔內(nèi)，并使該推桿的高度與托盤的高度相同；推桿的另一端位于該下層試驗腔殼體外。所述推桿與所述托架分別位于下層試驗腔殼體的兩端。

所述各試樣承載單元分別由一個托盤和一個弧形墊塊共同組成，并且各托盤分別放置在滾軸上；各弧形墊塊分別放置在各托盤上。

所述托盤的底表面與托架平臺面的上表面在同一平面上。

所述上層試驗腔兩端的殼體上各嵌裝有一個密封門。下層試驗腔安裝有托架一端的殼體側(cè)表面安裝有活動門。

所述冷凝管纏繞于低溫實驗艙的外表面，輸入端與輸出端從箱體的同一側(cè)伸出，伸出部分冷凝管由保溫層包裹。所述箱體由外殼和隔熱層組成，其中的外殼由薄鋼板制成，隔熱層由具有隔熱保濕功能的材料制成。

所述滾軸的排布密度須保證每個托盤下有不少于三個滾軸。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)材料試樣的低溫凍結(jié)試驗與低溫沖擊試驗同步實施的試驗裝置，以便高效精確測量材料的低溫動態(tài)力學性能的試驗裝置。

本發(fā)明取得的有益效果表現(xiàn)在：

1、依托存儲艙、實驗艙雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計和簡潔巧妙的試樣轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)實現(xiàn)霍普金森壓桿低溫沖擊試驗中試樣的低溫凍結(jié)與低溫沖擊同步實施，可靠地保證了試樣始終處于設(shè)定的低溫環(huán)境。

2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性能可靠、快捷高效，經(jīng)實踐檢驗，本發(fā)明可以在10min內(nèi)實現(xiàn)對7塊凍結(jié)處理后的試樣進行沖擊試驗，并且能夠保證試驗全程溫度穩(wěn)定，取得了很好的試驗操作效果。

3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧，有助于提高低溫處理效率，達到快速對試樣進行低溫處理的目的。

4、作為分離式霍普金森壓桿試驗裝置的增輔設(shè)備，本發(fā)明小巧的外形和體積使得在分離式霍普金森壓桿試驗系統(tǒng)上的加裝更加便捷，對空間條件的要求更低。

5、相較于已有的低溫條件下分離式霍普金森壓桿沖擊試驗的實驗裝置，本發(fā)明在實現(xiàn)試樣制備和沖擊試驗同步化的前提下，結(jié)構(gòu)更趨簡潔，依靠簡單、實用的結(jié)構(gòu)之間精巧的聯(lián)系，實現(xiàn)了功能拓展和優(yōu)化，使得裝置更加可靠，易于維護。

附圖說明

圖1為本發(fā)明與分離式霍普金森壓桿配合的示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的正向剖視圖；

圖4為圖3的側(cè)視圖；

圖5為密封門的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為弧形墊塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為隔板與低溫實驗艙嵌合的示意圖；

圖8為試樣轉(zhuǎn)移示意圖，其中圖8a中試樣在下層試驗腔，圖8b中試樣在上層試驗腔。圖中：

1.外殼；2.隔熱層；3.低溫實驗艙；4.冷凝管；5.試樣；6.密封門；7.隔板；8.活動 門；9.托盤；10.托架；11.弧形墊塊；12.滾軸；13.保溫層；14.推桿；15.入射桿；16.透射桿。

具體實施方式

本實施例是一種用于霍普金森壓桿的凍結(jié)與低溫沖擊試驗裝置。

如圖1，本實施例與分離式霍普金森壓桿實驗裝置的入射桿15和透射桿16配合使用，提供了一種用于分離式霍普金森壓桿的凍結(jié)與低溫沖擊試驗裝置。

本實施例包括低溫實驗艙3、冷凝管4、兩個密封門6、活動門8、推桿14及托架10、多個弧形墊塊11及多個托盤9、滾軸12和隔板7；所述弧形墊塊的數(shù)量與托盤的數(shù)量相同。所述低溫實驗艙3包括上層試驗腔和下層試驗腔，并且上層試驗腔與下層試驗腔之間通過隔板7分隔。所述上層試驗腔截面為馬蹄形，用于低溫沖擊試驗；所述下層試驗腔截面為矩形，用于若干試樣5的低溫凍結(jié)試驗。在所述低溫實驗艙3殼體外表面纏繞有冷凝管4。滾軸12安裝在下層試驗腔中，外邊緣距下層試驗腔底板內(nèi)表面5mm。各托盤9分別放置在滾軸12上；各弧形墊塊11根別放置在各托盤9上，即由一個托盤和一個弧形墊塊共同組成一個試樣承載單元；所組成的試樣單元的數(shù)量與托盤的數(shù)量相同。若干試樣單元并排放置于低溫實驗艙3下層試驗腔中的滾軸12上。各試樣5分別放置在各弧形墊塊11上。托架10的托架平臺位于所述下層試驗腔的一端，處于隔板7的正下方；托架10的托架操作桿向下延伸至裝置箱體外，用以手動轉(zhuǎn)移試樣單元。

托盤的底表面與托架平臺面的上表面在同一平面上，以方便推桿14推動托盤9移動至托架10的托架平臺上。推桿14的一端穿過所述下層試驗腔殼體位于該下層試驗腔內(nèi)，并使該推桿的高度與托盤9的高度相同；推桿的另一端位于該下層試驗腔殼體外。所述推桿與所述托架10分別位于下層試驗腔殼體的兩端。

試驗時，試樣5從下層試驗腔中通過托架10手動移動至上層試驗腔；上層試驗腔兩端的殼體上各嵌裝有一個密封門6。下層試驗腔安裝有托架10一端的殼體側(cè)表面安裝有可轉(zhuǎn)動的活動門8。

所述冷凝管4纏繞于低溫實驗艙3的外表面，輸入端與輸出端從箱體的同一側(cè)伸出，伸出部分冷凝管由保溫層13包裹。所述箱體由外殼1和隔熱層2組成，其中的外殼1由薄鋼板制成，隔熱層2由具有隔熱保濕功能的材料制成。

所述密封門6和活動門8的材料結(jié)構(gòu)與箱體相同，并且門外側(cè)均有把手。所述密封門6為可拆卸式，外形呈馬蹄形，位于低溫實驗艙3的上層試驗腔艙門，并能夠嵌合入該艙門內(nèi)。所述活動門8通過活頁與箱體連接，以活頁為軸轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)活動門的開關(guān)。

所述推桿14從箱體一端伸入低溫實驗艙3的下層試驗腔，并于托盤9相抵，通過移動推桿推動托盤，進而帶動弧形墊塊11及試樣5向托架10的平臺上移動。所述托架10的外形呈“T”形，由水平的托架平臺和垂直的托架操作桿組成。通過上下移動托架從而實現(xiàn)試樣從低溫實驗艙3的下層試驗腔往上層試驗腔的轉(zhuǎn)移。

所述弧形墊塊11，由耐低溫橡膠制成，與試樣接觸部分為弧面，以減小對試樣的圍壓效應(yīng)，與托盤接觸部分為寬平面起到基座的穩(wěn)定作用。所述托盤9為矩形薄鋼板，起到搭載試樣5的作用。

所述滾軸12并排布置于低溫實驗艙3的艙底，并保證每個托盤下有不少于三個滾軸，以實現(xiàn)滾軸上試樣的平衡移動。所述隔板7的邊緣嵌入低溫實驗艙3的上層試驗腔與下層試驗腔之間的卡槽中，且靠近入射桿端的密封門6，隔板中央有凹槽，凹槽內(nèi)有一把手，以方便該隔板的拆卸。

工作時，所述試樣5、弧形墊塊11和托盤9按照組合方式形成一個試樣單元，然后將若干試樣單元并排放置于低溫實驗艙3下層試驗腔中的滾軸12上，同時低溫實驗艙3上層試驗腔中放置一個試樣單元，通過冷凝管實現(xiàn)低溫實驗艙3預(yù)設(shè)的低溫環(huán)境，然后取下密封門6，將入射桿15與透射桿16與試樣5快速對中，并進行沖擊試驗，沖擊試驗完成后，快速清渣并操作推桿14與托架10將低溫實驗艙3下層試驗腔中試樣單元轉(zhuǎn)移至上層試驗腔，試樣轉(zhuǎn)移如圖8所示，并裝上密封門恢復(fù)上層試驗腔至預(yù)設(shè)的低溫環(huán)境，然后再次取下密封門進行快速對中并做沖擊試驗。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是實現(xiàn)霍普金森壓桿低溫沖擊試驗中試樣的低溫凍結(jié)與低溫沖擊同步實施，試樣一直處于需要的低溫環(huán)境，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和快捷高效等特點。