一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置及方法，该测量装置包括用于将待测试件的动态侧向应变信息转化为液体高程动态变化信息的转换装置，用于实时获取液体高程动态变化信息的采集装置，以及用于将转换装置固定在SHPB实验台上且调节转换装置竖直高度的固定装置。本发明专利技术将试件的侧向应变转化为测量液体体积的变化，进一步转化成液体高程的变化，由高速动态信号采集仪采集高程信号传感器收到的高程信号，并将液体的高程信号转变为数字信号传送到计算机，在计算机形成体积随时间变化的曲线，再根据试件的具体尺寸信息等可以得到在动载下试件侧向应变随时间变化的曲线。本发明专利技术对试件动态侧向应变的测量结果准确，测量方法合理可靠。

A device and method for measuring dynamic lateral strain of specimen by liquid volume

【技术实现步骤摘要】
一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置及方法
本专利技术涉及采用SHPB实验系统进行煤岩等脆性材料动态力学特性测试的
，具体涉及一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置及方法。
技术介绍
在实际工程应用中，煤岩等材料常常受高强度动态冲击，材料在受短时间内高强度动载冲击时，表现出与静态加载截然不同的力学特性。由于分离式霍普金森压杆装置结构简单，设计思想新颖，一直是研究高应变率(102～104)下材料力学特性最主要的实验方法。在测量动载条件下煤岩等脆性材料的力学特性时，试件的轴向应变和轴向应力可以对波导杆上的应变信号进行换算获得。试件的动态侧向应变也是研究材料动态特性的一个重要参数。采用SHPB实验平台对煤岩等脆性材料进行加载试验时，现多采用在试件侧面粘贴应变片的方法来获得材料的侧向应变。该方法具有一定的局限性，其一，试件在受动载冲击下，试件的侧向应变往往是不均匀的，采用粘贴应变片的方法只能测试出试件侧面某一点的应变，以此来表示试件整体的侧向应变是不准确的。其二，对于动载冲击，短时间内试件的侧向应变急剧增加，很容易造成应变片的断路，导致侧向应变测量的不准确。其三，对于煤岩等脆性材料，由于其表面是相对粗糙的弧面，造成了应变片不易粘贴，且不能很好的贴合试件表面，动载作用下很容易造成应变片脱落，影响实验数据的完整性。其四，应变片粘贴在试件的表面，难以重复使用。
技术实现思路
为了弥补现有采用粘贴应变片的方式获得试件动载侧向应变所存在的缺陷，本专利技术提出一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置及方法。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，包括用于将待测试件的动态侧向应变信息转化为液体高程动态变化信息的转换装置，用于实时获取液体高程动态变化信息的采集装置，以及用于将转换装置固定在SHPB实验台上且调节转换装置竖直高度的固定装置；所述转换装置包括缸体、盖板和橡胶皮套，缸体呈空心圆筒状，水平布置，缸体的两端分别与盖板螺纹连接，在盖板的中心设置有供入射杆或透射杆穿过的圆孔，在缸体与盖板之间还设置有用于缸体内部空间密封的橡胶垫圈；待测试件呈圆柱状，所述橡胶皮套套在待测试件的外侧，并将待测试件紧紧包裹，待测试件置于缸体内部中心处，待测试件的两端分别与入射杆和透射杆的端部相抵触；在缸体的底部两侧开设有进液孔和第一出液孔，在缸体的顶部开设有第二出液孔，进液孔和第一出液孔与输液管路连接，在缸体的上方设置有量管，量管为两端敞口的透明玻璃管，竖直放置，量管的底部与第二出液孔相连通；所述采集装置包括高程信号传感器和高速动态信号采集仪，高程信号传感器包括传感器外壳，传感器外壳套设在量管的外部，在传感器外壳的一侧布置有垂直分布光源，在传感器外壳的另一侧布置有垂直分布感光元件；高程信号传感器通过导线与高速动态信号采集仪连接，高速动态信号采集仪与计算机连接；所述固定装置包括底座、活柱和弧形托板，底座固定在SHPB试验台上，活柱的底端与底座连接，活柱的顶端与弧形托板连接，弧形托板与缸体的底部连接，在活柱上配置有用于调节活柱升降的调节螺栓。优选的，在第二出液孔处设置有连通件，连通件呈倒T形结构，在连通件的内部竖向设置有贯通的连通孔，连通件的底部与缸体的顶部连接，连通件的上部插入量管中，且连通件将量管的底端敞口密封。优选的，所述盖板的外表面设置成磨砂面。优选的，所述进液孔和第一出液孔与输液管路之间采用锥形螺纹连接。优选的，所述传感器外壳为不透光的黑色外壳。一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的方法，采用如上所述的装置，包括以下步骤：第一步，将待测试件加工成圆柱形，测量并记录待测试件的径向半径和轴向长度；第二步，将转换装置放置在SHPB试验台的夹持试件位置处，通过固定装置的活柱调节转换装置的缸体至合适高度；将试件安置于橡胶皮套内，并将试件与橡胶皮套置于缸体内部，且试件通过SHPB实验装置中的入射杆与透射杆夹紧；第三步，安装好采集装置，打开高程信号传感器和高速动态信号采集仪，打开进液孔和第二出液孔，关闭第一出液孔，由进液孔向缸体内部注入液体，直到高程信号传感器开始收到信号；第四步，关闭进液孔，启动SHPB实验装置的冲击加载系统，发射子弹开始动载实验，高程信号传感器将量管内液体的高程信号转化为电信号，然后传输到高速动态信号采集仪中；第五步，由计算机保存高速动态信号采集仪采集到的数据，形成高程随时间变化的曲线，再结合量管内半径，试件原始径向半径和轴向长度，换算出在一次动载冲击中试件侧向应变随时间变化的曲线；第六步，打开第一出液孔，回收缸体内液体，然后拧开两侧盖板，将缸体取下，将试件从橡胶皮套中取出，清理试验台。上述第五步中所述的高程随时间变化的曲线与侧向应变随时间变化的曲线采用以下步骤换算：假设由高速动态信号采集仪采集到的由高程信号传感器获得的动态高程变化为Δh(t)，由于试件受到动载冲击产生的侧向扩容体积为V侧，量管内获得的液体体积增量为V量，计圆柱形试件的原长为l，试件原始半径为r，量管内半径为R管，应力波加载到t时刻，轴向应变为ε轴(t)，侧向应变为ε侧(t)，则：V侧＝π{[r(1+ε侧(t))]2-r2}×l(1-ε轴(t))V量＝πR管2×Δh(t)由于缸体内部与量管相通，且量管与大气相通，故试件由于受动载冲击造成侧向应变增加的体积等于量管内部增加的液体体积，即V量＝V侧通过换算可以得到：即为应力波加载到t时刻时试件的侧向应变。本专利技术的有益技术效果是：(1)煤岩等脆性材料试件在受到动载冲击时的侧向应变是不均匀的，本专利技术将测量试件的侧向应变信息巧妙的转变为测量液体的体积变化信息，再根据液体体积变化信息结合试件基本信息换算出试件的侧向应变，测量方法合理，测量结果准确。(2)煤岩类试件受动载时侧向应变率较高，以往采用粘贴应变片的方法很容易造成应变片断路，导致数据缺失，本专利技术采用液体体积转换的方法间接测量试件的侧向应变，避免了采用应变片测量的不足，测量方法更加可靠。(3)煤岩类试件测量时，其表面为粗糙的曲面，手工粘贴应变片的方法常因粘贴角度不合适，或粘贴不牢固而不能捕获到试件真实的侧向应变，本专利技术避免了煤岩试件不光滑的曲面的影响以及人工误差，测量精度明显提高。(4)本专利技术装置测量原理简单，操作方便，且可以重复使用。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置结构原理示意图；图2为本专利技术装置在SHPB试验系统中的装配总图；图3为本专利技术装置中固定装置的结构示意图；图4为本专利技术装置中转换装置的结构示意图；图5为本专利技术装置中采集装置的结构示意图；图6为本专利技术中试件的参数标注示意图；图7为本专利技术测量方法的实验流程图。图中：1-底座，2-活柱，3-弧形托板，4-进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，其特征在于：包括用于将待测试件的动态侧向应变信息转化为液体高程动态变化信息的转换装置，用于实时获取液体高程动态变化信息的采集装置，以及用于将转换装置固定在SHPB实验台上且调节转换装置竖直高度的固定装置；/n所述转换装置包括缸体、盖板和橡胶皮套，缸体呈空心圆筒状，水平布置，缸体的两端分别与盖板螺纹连接，在盖板的中心设置有供入射杆或透射杆穿过的圆孔，在缸体与盖板之间还设置有用于缸体内部空间密封的橡胶垫圈；待测试件呈圆柱状，所述橡胶皮套套在待测试件的外侧，并将待测试件紧紧包裹，待测试件置于缸体内部中心处，待测试件的两端分别与入射杆和透射杆的端部相抵触；在缸体的底部两侧开设有进液孔和第一出液孔，在缸体的顶部开设有第二出液孔，进液孔和第一出液孔与输液管路连接，在缸体的上方设置有量管，量管为两端敞口的透明玻璃管，竖直放置，量管的底部与第二出液孔相连通；/n所述采集装置包括高程信号传感器和高速动态信号采集仪，高程信号传感器包括传感器外壳，传感器外壳套设在量管的外部，在传感器外壳的一侧布置有垂直分布光源，在传感器外壳的另一侧布置有垂直分布感光元件；高程信号传感器通过导线与高速动态信号采集仪连接，高速动态信号采集仪与计算机连接；/n所述固定装置包括底座、活柱和弧形托板，底座固定在SHPB试验台上，活柱的底端与底座连接，活柱的顶端与弧形托板连接，弧形托板与缸体的底部连接，在活柱上配置有用于调节活柱升降的调节螺栓。/n...

【技术特征摘要】
1.一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，其特征在于：包括用于将待测试件的动态侧向应变信息转化为液体高程动态变化信息的转换装置，用于实时获取液体高程动态变化信息的采集装置，以及用于将转换装置固定在SHPB实验台上且调节转换装置竖直高度的固定装置；
所述转换装置包括缸体、盖板和橡胶皮套，缸体呈空心圆筒状，水平布置，缸体的两端分别与盖板螺纹连接，在盖板的中心设置有供入射杆或透射杆穿过的圆孔，在缸体与盖板之间还设置有用于缸体内部空间密封的橡胶垫圈；待测试件呈圆柱状，所述橡胶皮套套在待测试件的外侧，并将待测试件紧紧包裹，待测试件置于缸体内部中心处，待测试件的两端分别与入射杆和透射杆的端部相抵触；在缸体的底部两侧开设有进液孔和第一出液孔，在缸体的顶部开设有第二出液孔，进液孔和第一出液孔与输液管路连接，在缸体的上方设置有量管，量管为两端敞口的透明玻璃管，竖直放置，量管的底部与第二出液孔相连通；
所述采集装置包括高程信号传感器和高速动态信号采集仪，高程信号传感器包括传感器外壳，传感器外壳套设在量管的外部，在传感器外壳的一侧布置有垂直分布光源，在传感器外壳的另一侧布置有垂直分布感光元件；高程信号传感器通过导线与高速动态信号采集仪连接，高速动态信号采集仪与计算机连接；
所述固定装置包括底座、活柱和弧形托板，底座固定在SHPB试验台上，活柱的底端与底座连接，活柱的顶端与弧形托板连接，弧形托板与缸体的底部连接，在活柱上配置有用于调节活柱升降的调节螺栓。


2.根据权利要求1所述的一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，其特征在于：在第二出液孔处设置有连通件，连通件呈倒T形结构，在连通件的内部竖向设置有贯通的连通孔，连通件的底部与缸体的顶部连接，连通件的上部插入量管中，且连通件将量管的底端敞口密封。


3.根据权利要求1所述的一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，其特征在于：所述盖板的外表面设置成磨砂面。


4.根据权利要求1所述的一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，其特征在于：所述进液孔和第一出液孔与输液管路之间采用锥形螺纹连接。


5.根据权利要求1所述的一种通过液体体积测量试件动态侧向应变的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁建国，邱鹏奇，李壮，李学慧，杨书浩，胡善超，王俊，沈圳，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37