用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置及其试验方法，通过在样品室上下加载交错的透明窗体，利用窗体始终保持透明的特性替代试样的上下液面，当冲击波达到窗体位置时，激光能够感知回光的信号变化，从而记录当前时间点，并根据样品室的厚度以及各时间点形成的时间差来求出该试样的冲击波速度，本申请为非固态不透明试样冲击波实验的冲击波速度采集提供了方便易行的装置和方案，使得采集的冲击速度准确可靠，对冲击实验研究具有重要意义。

Low temperature target device and test method for impact test of non solid opaque specimen

【技术实现步骤摘要】
用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置及试验方法
本专利技术涉及冲击试验领域，具体涉及一种用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置及其试验方法。
技术介绍
冲击试验是一种常见的实验方法，由冲击试验获得的冲击波波速D可作为其他学科研究的基础数据，如超高压极端条件下需要合成新材料以及生成新的物理现象时，作为研究超高压极端条件重要参数之一的雨贡纽参数，其计算就需要用到冲击波波速D。现有对冲击波在非固态(气态、液态)试样中的传播速度，即冲击波波速D的测定，由于非固态试样的不可接触性，常采用DPS激光测速的方式，利用对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。但是对于非固态试样，如果其本身的状态是不透明的或者在冲击试验过程中变得不透明，因激光无法对不透明样液体产生回光(即激光发射出去能够反射回来的光)，那么就不能采用激光直接测量冲击波波速D，这就为非固态试样的冲击波波速D测量提出了挑战。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术公开了一种用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，通过在样品室上下加载交错的透明窗体，利用窗体始终保持透明的特性替代试样的上下液面，当冲击波达到窗体位置时，激光能够感知回光的信号变化，从而记录当前时间点，并根据样品室的厚度以及各时间点形成的时间差来求出该试样的冲击波速度，本申请为非固态不透明试样冲击波实验的冲击波速度采集提供了方便易行的装置和方案，使得采集的冲击速度准确可靠，对冲击实验研究具有重要意义。本专利技术通过下述技术方案实现：一种用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，包括测速系统、靶体组件和光纤固定组件；靶体组件包括第一靶体、第二靶体和样品室；第一靶体包括第一靶座、设于第一靶座中的第一内腔以及固接于第一内腔底部的第一窗体；第二靶体包括第二靶座、在第二靶座上同向贯通开设的第二通孔和注液孔、固接于第二靶座尾端且封堵于第二通孔孔口的第二窗体、以及固接于第二窗体且位于第二通孔对侧的反光膜；第二靶体扣接于第一靶体头端并封堵于第一内腔的开口，使第二靶体与第一内腔之间所留间隙形成样品室；注液孔指向样品室；第一窗体与第二窗体都为透明材质且相互交错以及分别位于样品室的顶部和底部；光纤固定组件包括光纤固定座、第一光纤、第二光纤和固定管；光纤固定组件通过固定管穿设于第二通孔中；光纤固定座固接并封堵于固定管尾端管口，并沿轴向分别贯通开设第二照射孔、以及位于第二照射孔周围且与第一光纤一一对应的第一照射孔；第一光纤和第二光纤的一端均与测速系统进行连接，另一端均由固定管头端进入并分别穿设入第一照射孔和第二照射孔；第一光纤发射激光经第一照射孔射入第一窗体并由样品室底部返回；第二光纤发射激光经第二照射孔射入第二窗体并由反光膜返回。进一步的，第一窗体至少两块并环形阵列于样品室底部周缘；第二窗体位于样品室顶部中心；第二照射孔设于光纤固定座中心，第一照射孔环形阵列于第二照射孔周围。进一步的，第一窗体设置两块。进一步的，第一窗体与第二窗体选用LiF材料进行制作。进一步的，第一窗体和第二窗体均通过DG—4胶水粘接，并分别固定于第一内腔和第二靶座。进一步的，光纤固定组件还包括多个透镜；一部分透镜和第一光纤分别嵌装并封堵第一照射孔的两端孔口；另一部分透镜和第二光纤分别嵌装并封堵第二照射孔的两端孔口。进一步的，第一内腔为阶梯孔结构，且大孔段为螺纹孔小孔段为光面孔，第一窗体固接于第一内腔的小孔底部；第二靶座为阶梯轴结构，且大轴段为螺纹轴，小轴段为光面轴，第二通孔由第二靶座的大轴段至小轴段贯穿；第二窗体固接于第二靶座小轴段的端部；第二靶体扣接于第一靶体具体为：第一内腔大孔段与第二窗体大轴段进行螺纹连接；第二靶座的小轴段穿设入第一内腔的小孔段；第二靶座的小轴段与第一内腔的小孔段之间预留横截面为“U”形的“U”型腔；“U”型腔的底腔构成样品室，注液孔孔口正对“U”型腔的环腔。进一步的，第一靶体还包括冷却室；冷却室设于第一靶座中，且环设于第一内腔周围，在冷却室上开设有分别作为出口和入口的两个冷却孔，冷却孔外接冷却管，通过一个冷却孔注入冷却剂，另一个冷却孔流出冷却剂而构成循环冷却系统。进一步的，第二靶体还包括温度孔；温度孔为设于第二通孔一侧的盲孔，在温度孔内设置有温度传感器。进一步的，第一靶体还包括隔板；隔板贴敷于第一靶座底面；反光膜采用能反射激光的铝片或铜片材质制作；第一靶座和第二靶座均采用金属材质制作；光纤固定座采用铜材进行制作。上述用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，测速系统包括相互间进行通信连接的DPS激光测速仪和示波器，DPS激光测速仪用于发射激光，示波器用于接收信号，第一光纤和第二光纤的一端均与测速系统的DPS激光测速仪进行连接。采用上述低温靶装置对非固态不透明试样进行冲击试验的试验方法，包括如下步骤：步骤S100：将用于冲击试验的轻气炮和测速系统分别设置于靶体组件的左右两侧，并将靶体组件通过靶架装夹固定；步骤S200：将光纤固定组件插入靶体组件的第二通孔中，并调整光纤固定组件在靶体组件中的位置；调整好位置后用胶水填充固定管和第二通孔之间的间隙，使光纤固定组件固定；步骤S300：通过冷却室上开设的冷却孔向第一靶体上的冷却室注入冷却液，使冷却室的温度降至设定温度；步骤S400：接入注液管于注液孔的孔口处，向样品室内通入液态氮气或氢气试样直至注满，使试样液位至少达到反光膜处；步骤S500：开通测速系统，DPS激光测速仪通过第一光纤、第二光纤发射激光；步骤S600：启动轻气炮向靶体组件的外端发射弹丸，弹丸撞击靶体组件底部并形成冲击波，然后冲击波传递至样品室，以样品室中的试样作为介质继续进行传递，采集冲击波在样品试样中的冲击波波速D。在上述对非固态不透明试样进行冲击试验的试验方法中，在步骤S500中：DPS激光测速仪发射激光经第一光纤至第一窗体，再由样品室底部回光反射至第一光纤；DPS激光测速仪发射激光经第二光纤至第二窗体，再由反光膜反射至第二光纤。在步骤S600中：轻气炮发射弹丸撞击靶体组件时，此时形成的冲击波先传递至样品室底部上下两侧的第一窗体，第一窗体受冲击产生运动，经第一窗体产生的回光也跟随移动，通过示波器记录样品室底部上侧第一窗体产生运动的时间点T1、以及样品室底部下侧第一窗体产生的回光跟随移动的时间点T2；同时冲击波将以样品室中的试样为介质，继续传递至反光膜处，反光膜受冲击也将产生移动，通过示波器记录反光膜产生移动的时间点T3；由下面的公式求得冲击波波速D，式中：d为样品室的厚度。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术通过在样品室的上部加载透明窗体以及下部两侧加载透明窗体的方式，利用窗体始终保持透明的特性，当冲击波达到窗体位置时，激光能够感知回光的信号变化，从而记录当前时间点，并根据样品室的厚度以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，包括靶体组件(10)、光纤固定组件(20)和测速系统(30)，其特征在于：/n靶体组件(10)包括第一靶体(10A)、第二靶体(10B)和样品室(10C)；第一靶体(10A)包括第一靶座(10A1)、设于第一靶座(10A1)中的第一内腔(10A5)以及固接于第一内腔(10A5)底部的第一窗体(10A3)；第二靶体(10B)包括第二靶座(10B2)、在第二靶座(10B2)上同向贯通开设的第二通孔(10B5)和注液孔(10B6)、固接于第二靶座(10B2)尾端且封堵于第二通孔(10B5)孔口的第二窗体(10B3)、以及固接于第二窗体(10B3)且位于第二通孔(10B5)对侧的反光膜(10B4)；第二靶体(10B)扣接于第一靶体(10A)头端并封堵于第一内腔(10A5)的开口，使第二靶体(10B)与第一内腔(10A5)之间所留间隙形成样品室(10C)；注液孔(10B6)指向样品室(10C)；第一窗体(10A3)与第二窗体(10B3)都为透明材质且相互交错以及分别位于样品室(10C)的顶部和底部；/n光纤固定组件(20)包括光纤固定座(202)、第一光纤(203a)、第二光纤(203b)和固定管(204)；光纤固定组件(20)通过固定管(204)穿设于第二通孔(10B5)中；光纤固定座(202)固接并封堵于固定管(204)尾端管口，并沿轴向分别贯通开设第二照射孔、以及位于第二照射孔周围且与第一光纤(203a)一一对应的第一照射孔；第一光纤(203a)和第二光纤(203b)的一端均与测速系统(30)进行连接，另一端均由固定管(204)头端进入并分别穿设入第一照射孔和第二照射孔；/n第一光纤(203a)发射激光经第一照射孔射入第一窗体(10A3)并由样品室(10C)底部返回；第二光纤(203b)发射激光经第二照射孔射入第二窗体(10B3)并由反光膜(10B4)返回。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，包括靶体组件(10)、光纤固定组件(20)和测速系统(30)，其特征在于：
靶体组件(10)包括第一靶体(10A)、第二靶体(10B)和样品室(10C)；第一靶体(10A)包括第一靶座(10A1)、设于第一靶座(10A1)中的第一内腔(10A5)以及固接于第一内腔(10A5)底部的第一窗体(10A3)；第二靶体(10B)包括第二靶座(10B2)、在第二靶座(10B2)上同向贯通开设的第二通孔(10B5)和注液孔(10B6)、固接于第二靶座(10B2)尾端且封堵于第二通孔(10B5)孔口的第二窗体(10B3)、以及固接于第二窗体(10B3)且位于第二通孔(10B5)对侧的反光膜(10B4)；第二靶体(10B)扣接于第一靶体(10A)头端并封堵于第一内腔(10A5)的开口，使第二靶体(10B)与第一内腔(10A5)之间所留间隙形成样品室(10C)；注液孔(10B6)指向样品室(10C)；第一窗体(10A3)与第二窗体(10B3)都为透明材质且相互交错以及分别位于样品室(10C)的顶部和底部；
光纤固定组件(20)包括光纤固定座(202)、第一光纤(203a)、第二光纤(203b)和固定管(204)；光纤固定组件(20)通过固定管(204)穿设于第二通孔(10B5)中；光纤固定座(202)固接并封堵于固定管(204)尾端管口，并沿轴向分别贯通开设第二照射孔、以及位于第二照射孔周围且与第一光纤(203a)一一对应的第一照射孔；第一光纤(203a)和第二光纤(203b)的一端均与测速系统(30)进行连接，另一端均由固定管(204)头端进入并分别穿设入第一照射孔和第二照射孔；
第一光纤(203a)发射激光经第一照射孔射入第一窗体(10A3)并由样品室(10C)底部返回；第二光纤(203b)发射激光经第二照射孔射入第二窗体(10B3)并由反光膜(10B4)返回。


2.根据权利要求1所述的用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，其特征在于：第一窗体(10A3)至少两块并环形阵列于样品室(10C)底部周缘；第二窗体(10B3)位于样品室(10C)顶部中心；第二照射孔设于光纤固定座(202)中心，第一照射孔环形阵列于第二照射孔周围。


3.根据权利要求1所述的用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，其特征在于：光纤固定组件(20)还包括多个透镜(201)；一部分透镜(201)和第一光纤(203a)分别嵌装并封堵第一照射孔的两端孔口，另一部分透镜(201)和第二光纤(203b)分别嵌装并封堵第二照射孔的两端孔口。


4.根据权利要求1所述的用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，其特征在于：第一内腔(10A5)为阶梯孔结构，且大孔段为螺纹孔，小孔段为光面孔，第一窗体(10A3)固接于第一内腔(10A5)的小孔底部；
第二靶座(10B2)为阶梯轴结构，且大轴段为螺纹轴，小轴段为光面轴，第二通孔(10B5)由第二靶座(10B2)的大轴段至小轴段贯穿；第二窗体(10B3)固接于第二靶座(10B2)小轴段的端部；
第二靶体(10B)扣接于第一靶体(10A)具体为：第一内腔(10A5)大孔段与第二窗体(10B3)大轴段进行螺纹连接；
第二靶座(10B2)的小轴段穿设入第一内腔(10A5)的小孔段；第二靶座(10B2)的小轴段与第一内腔(10A5)的小孔段之间预留横截面为“U”形的“U”型腔；
“U”型腔的底腔构成样品室(10C)，注液孔(10B6)孔口正对“U”型腔的环腔。


5.根据权利要求1所述的用于非固态不透明试样冲击试验的低温靶装置，其特征在于：第一靶体(10A)还包括冷却室(10A4)；冷却室(10A4)设于第一靶座(10A1)中，且环设于第一内腔(10A5)周围；在冷却室(10A4)上开设有分别作为出口和入口的两个冷却孔，冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：范茁宁，华颖鑫，吴浪，廖文强，刘福生，刘其军，张明建，甘云丹，韦丁，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51