一种爆炸动力源霍普金森扭转仪制造技术

本发明专利技术公开了一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，包括炸药填充及其辅助固定装置，以及与炸药填充及其辅助固定装置配合使用的爆炸发生脉冲传力装置，爆炸发生脉冲传力装置与入射杆的一端连接，入射杆的另一端通过试件连接装置与透射杆连接，试件连接装置内设置有试件，入射杆和透射杆的下侧还设置有集成化扭杆支撑装置，且在透射杆的尾端设置有卸波装置；本扭转仪通过炸药填充及其辅助固定装置、爆炸发生脉冲传力装置、扭杆支撑装置和试件连接装置的设置，能够在实验过程中精确控制爆炸冲击波的生成、保证冲击荷载完全转化为扭矩、在恒应变率加载同时能避免爆炸的危害，提高实验系统的安全性；具有结构设计合理、操作简单、安全性和测量精度高的特点。和测量精度高的特点。和测量精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种爆炸动力源霍普金森扭转仪


[0001]本专利技术涉及材料动态力学性能实验设备
，尤其涉及一种爆炸动力源霍普金森扭转仪。

技术介绍

[0002]地下洞室在开挖及使用过程中遭受的冲击应力波会对围岩产生剧烈的扰动影响，而在低应变率荷载和高应变率荷载(102‑
104S
‑1)作用下，岩石材料力学特性的变化规律差别很大，尤其是强度存在明显的差异，表现出一定的应变率效应；但是，由于高应变率剪切荷载施加的复杂性，开展岩石的冲击扭转试验存在相当的困难，关于冲击扭转荷载作用下岩石的抗剪力学特性的研究还远未满足实际工程的需求，因此，迫切需要深入探索高应变率下岩石材料的抗剪力学性能以指导和解决岩体工程问题；在此类研究中，经典的分离式霍普金森扭杆(SplitHopkinsonTorsionBar，SHTB)实验被广泛应用；
[0003]与其他冲击扭转加载方式相比，爆炸冲击扭转加载具有明显的优势，1971年，Duffy提出了一种区别于预加扭矩的爆炸冲击扭转加载方式：在入射杆的加载端两侧固定旋转叶片，两组炸药包分别对称布置于两旋转叶片的同一侧；加载时两火药包通过导火索同时点燃，爆炸产生的冲击力相当于对加载杆施加一对力偶，形成扭转波，完成动态扭转荷载的瞬时加载，但该实验仍存在以下弊端：
[0004]1.受到炸药成分及数量、导火索起爆不同时等诸多不可测因素的影响，爆炸冲击荷载无法进行精确控制；
[0005]2.炸药爆炸过程为变应变率加载过程，难以保证恒应变率加载；
[0006]3.炸药冲击相对较大，导致旋转叶片在装药完成后无法完全固定，而且该实验设备采用的是单一水平方向旋转叶片，难以保证爆炸冲击波完全转化为扭矩波；
[0007]4.炸药爆炸具有较大的破坏性，大大增加了实验过程中的危险性；
[0008]正是由于始终无法有效解决上述难题，以爆炸冲击作为扭转波能量来源的实验方案被搁置至今，因此，亟需设计一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，以解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0009]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，本扭转仪通过炸药填充及其辅助固定装置、爆炸发生脉冲传力装置、扭杆支撑装置和试件连接装置的设置，能够在实验过程中采用固体块状炸药等量填充以及电火花同时起爆，精确控制爆炸冲击波的生成；采用榫卯结构固定填药仓，控制填药仓环形水平、竖直同时布置以保证冲击荷载完全转化为扭矩；采用冲击弹头设计，保证恒应变率加载；引入导气孔与高强度刚性保护筒的设计，防止非正常爆炸产生的危害，提高实验系统的安全性；采用集成化支撑装置的设计，以保证扭杆的对中与调平，同时可以减少扭矩波传递过程的损耗，具有结构设计合理、操作简单、安全性和测量精度高的特点。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，包括用于填充和固定炸药的炸药填充及其辅助固定装置；与炸药填充及其辅助固定装置配合使用的用于将冲击荷载完全转化为扭矩的爆炸发生脉冲传力装置；所述爆炸发生脉冲传力装置与入射杆的一端连接，且所述入射杆的另一端通过试件连接装置与透射杆连接，所述入射杆和透射杆的下侧还设置有用于调节入射杆和透射杆水平的集成化扭杆支撑装置，所述透射杆的尾端还设置有用于吸收剩余能量的卸波装置。
[0012]优选的，所述的炸药填充及其辅助固定装置包括伸缩传动机构、卯榫固定机构、装药件和定位柱，
[0013]所述伸缩传动机构包括伸缩调节栓和第一挡板，所述伸缩调节栓设置在第一挡板上，所述第一挡板上设置有电机与伸缩调节栓配合使用，且在所述伸缩调节栓上设置有外螺纹与装药件配合使用；
[0014]所述卯榫固定机构设置在定位柱上，且与装药件配合使用；
[0015]所述装药件贯穿定位柱，且在装药件端部呈环形对称设置有若干装药组件。
[0016]优选的，所述的卯榫固定机构包括相互垂直的竖直固定组件和水平固定组件，且所述竖直固定组件和水平固定组件均包括定位方柱、同步电机、定位齿轮和撑板，
[0017]所述撑板对称设置在定位柱外侧，且在撑板上设置有弧形槽与同步电机配合使用；
[0018]所述对称设置的两个同步电机之间设置有驱动轴，所述定位齿轮设置在驱动轴上，且与设置在驱动轴上的定位键配合使用；
[0019]所述定位方柱设置在定位柱上，且与定位齿轮和设置在装药件上的定位方柱插孔配合使用。
[0020]优选的，所述的装药组件设置在装药件端部的安装板上，包括填药仓、冲击弹头和火花起爆器，
[0021]所述填药仓为中空套管，且在填药仓上设置有通气孔；
[0022]所述冲击弹头设置在填药仓的内部空腔中，且与设置在填药仓末端填药仓底部内的电磁铁配合使用；
[0023]所述火花起爆器设置在填药仓底部的端部外侧，与冲击弹头配合使用，在填药仓内形成密闭的填药段，且所述通气孔设置在填药仓填药段位置向后部位的填药仓侧壁上，与填药仓内部空腔连通。
[0024]优选的，所述的爆炸发生脉冲传力装置包括脉冲传力盘和传力杆，
[0025]所述脉冲传力盘一体成形的设置在传力杆端部，且在脉冲传力盘上呈环形对称设置有若干高强度钢制第二挡板，所述第二挡板与安装板和冲击弹头配合使用；
[0026]所述传力杆设置在脉冲传力盘尾端，且与入射杆配合使用。
[0027]优选的，所述扭杆支撑装置包括对中减震机构、升降式螺纹千斤顶、中部承台和下部底座，
[0028]所述对中减震机构设置在升降式螺纹千斤顶顶端，且与入射杆和透射杆配合使用；
[0029]所述升降式螺纹千斤顶设置在对中减震机构下侧，且在升降式螺纹千斤顶上端设
置有下部底座，所述下部底座与对中减震机构配合使用；
[0030]所述中部承台设置在升降式螺纹千斤顶下端。
[0031]优选的，所述的对中减震机构包括内圆环和外圆环，
[0032]所述内圆环设置在外圆环内侧，且与入射杆和透射杆配合使用，且在所述内圆环与外圆环之间设置有弹簧，所述弹簧环向布置；
[0033]所述外圆环内侧设置有球轴滑动轨道，所述球轴滑动轨道内环向布置有球轴，所述球轴与内圆环配合使用；
[0034]所述下部底座上还设置有若干激光器。
[0035]优选的，所述的试件连接装置包括左侧连接端头、左侧旋转螺母、右侧连接端头和右侧旋转螺母，
[0036]所述左侧连接端头设置在试件左端，与入射杆刚性连接，且左侧连接端头通过左侧旋转螺母与试件连接；
[0037]所述右侧连接端头设置在试件右端，与透射杆刚性连接，且通过右侧旋转螺母与试件连接。
[0038]优选的，所述的左侧连接端头和右侧连接端头均包括刚性基体，设置在刚性基体上的护壁和紧压件，
[0039]所述刚性基体为圆柱状刚性连接柱，刚性基体的端部与入射杆或透射杆刚性连接，且在所述刚性基体上设置有若干伸缩槽；
[0040]所述护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，其特征在于：包括用于填充和固定炸药的炸药填充及其辅助固定装置；与炸药填充及其辅助固定装置配合使用的用于将冲击荷载转化为扭矩的爆炸发生脉冲传力装置；所述爆炸发生脉冲传力装置与入射杆的一端连接，所述入射杆的另一端通过试件连接装置与透射杆连接，所述入射杆和透射杆的下侧设置有用于调节入射杆和透射杆水平的集成化扭杆支撑装置，所述透射杆的尾端还设置有用于吸收剩余能量的卸波装置。2.根据权利要求1所述的一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，其特征在于：所述的炸药填充及其辅助固定装置包括伸缩传动机构、卯榫固定机构、装药件和定位柱，所述伸缩传动机构包括伸缩调节栓和第一挡板，所述伸缩调节栓设置在第一挡板上，所述第一挡板上设置有电机与伸缩调节栓配合使用，且在所述伸缩调节栓上设置有外螺纹与装药件配合使用；所述卯榫固定机构设置在定位柱上，且与装药件配合使用；所述装药件贯穿定位柱，且在装药件端部呈环形对称设置有若干装药组件。3.根据权利要求2所述的一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，其特征在于：所述的卯榫固定机构包括相互垂直的竖直固定组件和水平固定组件，且所述竖直固定组件和水平固定组件均包括定位方柱、同步电机、定位齿轮和撑板，所述撑板对称设置在定位柱外侧，且在撑板上设置有弧形槽与同步电机配合使用；所述对称设置的两个同步电机之间设置有驱动轴，所述定位齿轮设置在驱动轴上，且与设置在驱动轴上的定位键配合使用；所述定位方柱设置在定位柱上，且与定位齿轮和设置在装药件上的定位方柱插孔配合使用。4.根据权利要求2所述的一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，其特征在于：所述的装药组件设置在装药件端部的安装板上，包括填药仓、冲击弹头和火花起爆器，所述填药仓为中空套管，且在填药仓上设置有通气孔；所述冲击弹头设置在填药仓的内部空腔中，且与设置在填药仓末端填药仓底部内的电磁铁配合使用；所述火花起爆器设置在填药仓底部的端部外侧，与冲击弹头配合使用，在填药仓内形成密闭的填药段，且所述通气孔设置在填药仓填药段位置向后部位的填药仓侧壁上，与填药仓内部空腔连通。5.根据权利要求3所述的一种爆炸动力源霍普金森扭转仪，其特征在于：所述的爆炸发生脉冲传力装置包括脉冲传力盘和传力杆，所述脉冲传力盘一体成形的设置在传力杆端部，且在脉冲传力盘上呈环形对称设置有若干高强度钢制第二挡板，所述第二挡板与安装板和冲击弹头配合使用；所述传力杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘石，文泽昌，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：