【技术实现步骤摘要】
一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置与方法
[0001]本专利技术属于三轴冲击试验
，尤其涉及一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置与方法。
技术介绍
[0002]霍普金森杆冲击试验技术广泛应用于飞行器、武器、电子装置、材料、力学等领域，是电子装置、材料力学特性、传感器等的结构、功能可靠性和测试校准的重要技术，在民用、科研和国防领域中应用甚广。
[0003]现有的霍普金森杆装置一般包括单轴的霍普金森压杆和三轴的霍普金森杆装置。而三轴霍普金森杆又分为真三轴和普通三轴，普通三轴也叫假三轴。真三轴试验是使试样处于三个方向的主应力不相等的应力组合状态下的三轴试验。普通三轴是有两个方向的主应力相同。目前三轴霍普金森杆装置的驱动方式大体有三种，一种是最常见的气动加载方式，通过高压容器的压缩器气体驱动子弹或碰撞杆直接撞击入射杆，如申请号CN201720205631.6。第二种驱动方式是电磁加载方式，如申请号CN201811602351.4，利用电容器与铜线圈产生强磁场，进而产生涡流磁场，并产生排斥力。该排斥力脉冲通过放大器传播，在入射杆中直接产生入射脉冲。第三种是围压加载方式，即利用容器将被测试样包裹，容器中充入液体，利用液体的围压对试样进行应力加载，如申请号CN201720205631.6、202122075303.8。
[0004]但是以上方式都存在着各自的缺点，对于三轴气动加载方式，由于每次发射时子弹或撞击杆在气枪中的安装位置不尽相同，撞击速度与气压的对应关系很难确定，因此无法准确地控制入射波的幅...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置，其特征在于：包括直线电机、限位杆、端盖、子弹发射筒、实验子弹、空气压缩机、储气罐、控制台、三轴霍普金森杆、缓冲垫片、垫片夹持板；所述空气压缩机的出气口经由四通接头分成三路气道，每一路气道分别连接一个进气阀门和储气罐，每个储气罐的出气口经由出气阀门和气体管道分别连接三个子弹发射筒的端盖上的通气孔；储气罐的压缩空气进入通气孔能够为实验子弹提供驱动力；所述控制台控制三个储气罐的进气阀门和出气阀门，实现对储气罐的充气和放气控制，放气时驱动发射实验子弹分别撞击三根霍普金森杆，配合实验子弹的自动复位，能够实现连续多次的冲击测试；所述端盖位于子弹发射筒的端部，与子弹发射筒连接；每个端盖的中心位置加工有供限位杆通过和前后移动的限位孔，限位孔为通孔；限位孔两侧加工有对称的通气孔，通气孔为通孔，通气孔一端连通储气罐，另一端连通子弹发射筒的内腔；所述限位杆分别通过三个端盖上的限位孔插入三个子弹发射筒中，三根限位杆的另一端分别连接三台直线电机；直线电机能够带动限位杆伸缩移动，控制限位杆伸入子弹发射筒中的长度，从而确定和控制实验子弹的发射位置；直线电机安装于限位杆轴线后端，直接推拉限位杆前后移动调节发射位置；或者直线电机位于限位杆一侧，平行于限位杆，通过连杆带动限位杆前后移动；限位杆主要用于确定和控制实验子弹的发射位置；所述子弹发射筒分别位于三根霍普金森杆的装置支架上，为内部加工有柱形通孔的筒状结构，一端装有端盖，另一端开放，面向霍普金森杆的端面，实验子弹与子弹发射筒位于同一轴线上；每个子弹发射筒内分别装有实验子弹，实验子弹射出后与霍普金森杆端面发生正碰；所述实验子弹整体呈圆柱状，分别位于三个子弹发射筒内，实验子弹的前端加工有一个圆台，圆台前端直径与霍普金森杆直径相同；实验子弹的两端加工有闭气环凹槽，凹槽中安装有密封圈，密封圈有两个作用：一是密封实验子弹与子弹发射筒内腔之间的缝隙，二是充分减小实验子弹与子弹发射管的摩擦力，使实验子弹能够更快地加速；所述三轴霍普金森杆及装置支架整体轮廓为正直角四面体结构，由三根霍普金森杆组成，三根霍普金森杆两两垂直分布；被测试件安装于三根霍普金森杆的交汇处；三根霍普金森杆能够从试件的三个主应力方向分别对被测试件施加不同强度的冲击，能够实现真三轴冲击试验加载；由于三轴霍普金森杆的方向是斜向上的，子弹发射筒中的实验子弹在发射撞击到霍普金森杆后会在重力作用下自动回落到初始发射位置，实现了实验子弹的自动复位功能；所述缓冲垫片，为一长方形条状薄片，由固定在装置支架上的垫片夹持板将缓冲垫片的两端夹紧，缓冲垫片平面与霍普金森杆轴线垂直，并紧贴霍普金森杆的撞击端面，实验子弹与霍普金森杆发生碰撞时，通过缓冲垫片进行脉宽调节。2.如权利要求1所述的一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置，其特征在于：每个子弹发射筒并排连接多个储气罐，多个储气罐交替工作，能够减少下次击发时的间隔时间。3.如权利要求1所述的一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置，其特征在于：通气孔对称分布在限位孔两侧；对称分布的通气孔能够将储气罐提供的压缩空气均匀地作用
在实验子弹底部，驱动实验子弹沿子弹发射筒的轴线直线运动，避免偏心运动。4.如权利要求1所述的一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置，其特征在于：限位杆主要用于确定和控制实验子弹的发射位置，此目的通过以下过程实现：通过直线电机带动限位杆移动到子弹发射筒中的指定位置，然后利用三轴霍普金森杆及装置支架斜向上布设，子弹发射筒内的实验子弹在重力作用下自动下落到限位杆的端部，与限位杆接触，以此控制了实验子弹的发射位置；进而根据直线电机控制限位杆移动的距离能够精准控制实验子弹的加速距离，提高三轴霍普金森杆冲击试验的实验精度。5.如权利要求1所述的一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置，其特征在于：长方形条状的缓冲垫片材料选用柔性薄片状长条形材料。6.如权利要求5所述的一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置，其特征在于：所述柔性薄片状长条形材料包括尼龙、橡胶、羊毛毡。7.一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制方法，基于所述如权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种三轴霍普金森杆冲击试验的加载控制装置实现，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：将子弹发射筒和相应直径的霍普金森杆分别固定于装置支架上，连接并安装调试好霍普金森杆的数据测量装置；步骤2：安装好实验子弹的密封圈，将实验子弹分别安装于子弹发射筒中；密封圈能够密封实验子弹与子弹发射筒之间的缝隙，形成密闭空腔，充分减小实验子弹与子弹发射管的摩擦力，使实验子弹能够更快地加速；安装好所有子弹发射筒的端盖；步骤3：将与直线电机连接好的限位杆分别伸入端盖的限位孔中；直线电机能够带动限位杆前后移动，控制限位杆伸入子弹发射筒中的长度，从而确定和控制实验子弹的发射加速距离；将气体管道的接口与端盖的通气孔密封连接；通气孔对称分布在限位孔周围；对称分布的通气孔能够在发射实验子弹和复位实验子弹时，气压均匀地作用在实验子弹底部，使子弹能够直线运动，避免偏心运动；步骤4：依次连接并检查好空气压缩机、储气罐和相应气体管道；连接控制台与各个储气罐的阀门，检测好各部分能否正常工作，实验系统准备完毕；打开空气压缩机，调节压力控制旋钮，压力显示仪表时时显示压力大小，储气罐充气至指定压力，实验子弹处于待发状态；步骤5：接下来本发明能够实现五种冲击实验的加载控制方法，控制方法一：手动调节限位杆位置，控制发射实验子弹的加速距离，改变储气罐加载压力，实现单次冲击加载实验；控制方法二：设定冲击次数，间隔时间，实现自动多次相同峰值冲击加载实验；控制方法三：设定自动调节移动限位杆距离，设置冲击次数，间隔时间，实现自动多次不同峰值冲击加载实验；控制方法四：设置三轴同时发射的冲击次数与间隔时间，实现连续三轴同时加载；控制方法五：设置三个方向依次击发的顺序与间隔时间，实现依次单轴加载的循环冲击；根据三轴霍普金森杆冲击试验工况，选择执行对应控制方法，择一执行五种控制方法分别对应的步骤6、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10，进行相应工况下的霍普金森杆冲击试验；所述控制方法一对应步骤6，所述控制方法二对应步骤7，所述控制方法三对应步骤8，所述控制方法四对应步骤9，所述控制方法五对应步骤10；所述霍普金森杆冲击试验工况参数包括冲击加载次数、加速距离、加载压力、间隔时间；步骤6：通过步骤5中的控制方法一进行任意加速距离、任意气压的单次冲击加载实验；
顺时针或者逆时针旋转位置调节旋钮，实现限位杆目标位置手动调节控制功能，即：随着位置调节旋钮的旋转，直线电机自动前后移动，将限位杆移动到设定目标位置，位置显示屏实时显示限位杆前端距原点起始位置的距离；实验子弹受到重力作用自动复位下落到限位杆端；顺时针旋转压力加载旋钮，控制单向阀，缓慢向储气罐充气至目标气压，压力显示屏实进显示储气罐内的压力；如果压力超过了预期加载的目标气压，逆时针旋转压力卸载旋钮，通过泄气阀门缓慢放掉气体；通过压力加载旋钮和压力卸载旋钮，两者配合操作，调节储气罐内的压力至目标气压；点击计算机上的数据采集软件的采集按钮，数据采集装置和数据采集软件进入采集准备状态，触发信号到来时，将自动存储记录测试数据；当采集软件采集准备状态时，快速按压发射按钮，启动实验子弹击发，实现实验子弹与霍普金森杆碰撞，即：发射按钮按下时，储气罐内压缩空气通过阀门快速释放，压缩空气通过管路突然加载到发射筒，驱动复位状态的发射子弹沿轴线快速向前移动，与霍普金森杆的端面发生碰撞，霍普金森杆的端面前有缓冲垫片，能够进行脉宽调节；实验子弹与霍普金森杆碰撞瞬间，产生触发信号，数据采集装置启动采集功能，数据采集软件完成自动存储记录测试数据功能，数据处理软件自动处理数据，将实验结果和实验曲线显示在计算机屏幕上；步骤7：通过步骤5中的控制方法二进行设定限位杆位置、控制实验子弹的加速距离的自动多次相同峰值冲击加载实验；首先设定冲击次数和间隔时间，即：通过冲击次数增加和减少按键，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振海，滕飞，王成，朱炜，马峰，伊枭剑，邓宏彬，王强，武伟超，徐其志，何光，才德，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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