一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置，它采用将试样装置在屏蔽罩内高频感应加热器中心的陶瓷套管中央，再于试样两端分别与两陶瓷短杆的内端相连，两陶瓷短杆的外端分别与入射杆和透射杆的一端相连，应变片分别从入射杆和透射杆上测得其应力波信号并经电桥、放大器传送给计算机进行数据处理，再由计算机经温控器控制高频感应加热器和试样升温，另一红外监测仪则将试样温度反馈至温控器的技术方案；它克服了现有分离式霍普金森压杆实验装置存在结构复杂、操作烦杂，工作效率低，数据处理难，严重影响了实验的质量等缺陷；适合各种试验室的霍普金森压杆实验用；特别适合霍普金森压杆实验装置中试样的加热与应变片信息的即时处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置。
技术介绍
现有分离式霍普金森(Hopkinson)压杆实验,被认为是研究材料动态力学性能的一种有效方法。SHPB的高温实验法案大体分为二种类型一种是将试样和部分导波杆放入温度箱中同时进行加热，名称为“SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究”的文章(夏开文等，实验力学，1998，Vol. 13，第3期，PP. 307-313)采用恒温加热炉，应用一维应力波传播理论和传热原理，修正温度梯度场对波形测量的影响，其缺陷在于实验数据处理系统比较复杂；另一种是先单独对试样加热，实验前快速将试样安装在系统中，名称为“SHPB系统高温实验自动组装技术”的文章(张方举等，实验力学，2005，Vol. 20，第2期，PP. 281-284)和名称为“用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置”的专利技术专利(专利号ZL200610021096. 5)，描述了该装置能够保证组装的稳定性等，其缺陷在于实现系统的准静态对接与同步，对实验装置有很高的精度要求；另外，专利技术专利(专利号ZL201010230523. 7)和技术专利(专利号ZL201020263456. 4)公开了一种带有气氛保护装置的高温霍普金森压杆实验系统，能进行常规空气中的高温动态实验，并且能提供保护气氛，其缺陷在于实验系统比较复杂，而且试样为单独加热或试样与部分导波杆一起加热，都不可避免会有局部杆的升温，从而在冲击作用下发生塑性变形，对应力波的传递产生较大的影响。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术的目的在于提供一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置，它既能完成试样快速安装、快速加热，又能完成试样加热和冲击在同一位置进行，而无需使用机械装置移动压杆或加热炉；还能完成系统的准静态对接与同步，而且系统控制和数据处理快捷、精准，其结构简单、紧凑，操作容易，工作效率高，资本投入少，经济实惠，便于普及推广。为了实现上述目的，一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置，它包括在屏蔽罩外设支承座，屏蔽罩内设高频感应加热器，该高频感应加热器中心设陶瓷套管，陶瓷套管的中央装置试样，试样两端分别与两陶瓷短杆的内端相连，两陶瓷短杆的外端分别与入射杆和透射杆的一端相连，入射杆的另一端连接空气炮筒及子弹，透射杆的另一端连接吸收杆及阻尼器，应变片分别贴于入射杆和透射杆上，应变片测得的应力波信号经电桥平衡后送至信号放大器后传送给计算机进行数据处理，计算机经温控器控制高频感应加热器和试样升温，红外监测仪则经测温孔测得试样温度后反馈至温控器，计算机还与气泵电连接。为了提高本专利技术的综合性能，实现结构、效果优化，其进一步的措施是陶瓷短杆为柱状，其外径与入射杆和透射杆的外径相同。陶瓷短杆为管状，其外径与入射杆和透射杆的外径相同。屏蔽罩为圆筒形且经上下开合的罩耳处启闭，并用螺母固定。螺母为蝶形手动拧紧螺母。高频感应加热器与屏蔽罩之间设数个隔离支柱。隔离支柱为三排三列至少9个。隔离支柱为陶瓷材料制作。本专利技术采用将试样装置在屏蔽罩内高频感应加热器中心的陶瓷套管中央，再于试样两端分别与两陶瓷短杆的内端相连，两陶瓷短杆的外端分别与入射杆和透射杆的一端相连，应变片分别从入射杆和透射杆上测得其应力波信号并经平衡电桥送至信号放大器后传 送给计算机进行数据处理，再由计算机经温控器控制高频感应加热器和试样升温，另一红外监测仪则经测温孔测得试样温度后反馈至温控器，计算机还与气泵电连接的技术方案，它克服了现有分离式霍普金森压杆实验装置存在的结构复杂、操作烦杂，工作效率低，且需使用机械装置移动压杆或加热炉，系统的准静态对接与同步精度难达要求，数据处理复杂，严重影响了霍普金森压杆实验的质量等缺陷。本专利技术相比现有技术所产生的有益效果(I)本专利技术采用于压杆和试样之间添加陶瓷短杆并采用高频感应加热器加热的技术方案，极大地提升了加热速度，消除了加热过程中因试样氧化对材料性能的影响；(II)本专利技术采用于压杆和试样之间添加陶瓷短杆和高频感应加热器加热并结合同步处理信息的技术方案，省去了在加热试样前后要靠机械装置移动压杆或加热炉的烦杂过程，实现了试样加热和冲击在同一位置进行；(III)本专利技术采用感应加热与红外测温控制相结合的技术方案，红外监测仪经高频感应加热器的测温孔测量试样的温度，且同步反馈给温控器并自动控制试样加热温度；(IV)本专利技术采用感应加热与红外测温控制相结合的技术方案，高频感应加热器与试样之间采用陶瓷套管支撑和保护，既可获得较好的绝缘、保温效果，又不会有环境污染；(V)本专利技术采用感应加热、红外测温控制以及计算机处理信息相结合的技术方案，为满足试样应力、应变均匀性与加载脉冲形态、材料性质及试样几何参数的相互关系的深入研究、分析，提供了保障机理和基础分析条件；(VI)本专利技术采用于压杆和试样之间添加陶瓷短杆并结合同步处理信息的技术方案，保证了感应电流只对金属试样进行加热，在数据处理时，忽略温度梯度场对波形测量的影响，从而避免了实验后超量的复杂数据处理工作；(VII)本专利技术采用感应加热与红外测温控制相结合的技术方案，计算机与温控器、气泵二者相连接，当达到预定温度时，可自动启动气泵进行冲击压缩试验；(VIII)本专利技术采用于压杆和试样之间添加陶瓷短杆并采用高频感应加热器加热的技术方案，克服了应用“恒温加热炉与应用一维应力波传播理论和传热原理…对波形测量”方法存在数据处理系统比较复杂的缺陷；本专利技术较好地解决了数据处理系统并简化了数据处理程序；(IX)本专利技术采用于压杆和试样之间添加陶瓷短杆并采用高频感应加热器加热的技术方案，克服了应用“预先单独对试样加热，实验前快速将试样安装在系统中”方法存在难以实现系统的准静态对接与同步，且对实验装置有很高的精度要求的缺陷；本专利技术较好地解决了系统的准静态对接与同步，使实验结果的精准度大大提高了 ；(X)本专利技术采用组合式一体机结构，使结构极其简单、紧凑、体积小，自动操作控制，灵活轻快，加热速度快，工作效率高，无资源浪费，无环境污染，资本投入少，经济实惠，适合各种试验室和霍普金森压杆实验装置的应用，极易普及推广和广阔的市场前景。本专利技术适合各种试验室的霍普金森压杆实验用；特别适合霍普金森压杆实验装置中试样的加热与应变片信息的即时处理。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置主视图。图2为图1中显示试样、陶瓷套管、高频感应加热器以及活动屏蔽罩之间相互连接关系的横向截面放大视图。图3为图1中的数据处理流程框图。图中1、支承座，2、屏蔽罩，3、高频感应加热器，4、陶瓷套管，5、试样，6、陶瓷短杆，7、入射杆，8、透射杆，9、空气炮筒，10、子弹，11、吸收杆，12、阻尼器，13、应变片，14、信号放大器，15、计算机，16、温控器，17、红外监测仪，18、测温孔，19、气泵，20、隔离支柱，21、罩耳，22、螺母，23、电桥。具体实施例方式结合附图，一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置，它包括在屏蔽罩2外设支承座1，屏蔽罩2内设高频感应加热器3，为了方便使用与操作，屏蔽罩2为圆筒形且经上下开合的罩耳21处启闭，并用蝶形手动拧紧螺母22固定；为了保证高频感应加热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置，其特征在于它包括在屏蔽罩(2)外设支承座(1)，屏蔽罩(2)内设高频感应加热器(3)，该高频感应加热器(3)中心设陶瓷套管(4)，陶瓷套管(4)的中央装置试样(5)，试样(5)两端分别与两陶瓷短杆(6)的内端相连，两陶瓷短杆(6)的外端分别与入射杆(7)和透射杆(8)的一端相连，入射杆(7)的另一端连接空气炮筒(9)及子弹(10)，透射杆(8)的另一端连接吸收杆(11)及阻尼器(12)，应变片(13)分别贴于入射杆(7)和透射杆(8)上，应变片(13)测得的应力波信号经电桥(23)平衡后送至信号放大器(14)后传送给计算机(15)进行数据处理，计算机(15)经温控器(16)控制高频感应加热器(3)和试样(5)升温，红外监测仪(17)则经测温孔(18)测得试样(5)温度后反馈至温控器(16)，计算机(15)还与气泵(19)电连接。
【技术特征摘要】
1.一种快速加热式准静态高温霍普金森压杆实验装置，其特征在于它包括在屏蔽罩(2)外设支承座(1)，屏蔽罩(2)内设高频感应加热器(3)，该高频感应加热器(3)中心设陶瓷套管(4)，陶瓷套管(4)的中央装置试样(5)，试样(5)两端分别与两陶瓷短杆(6)的内端相连，两陶瓷短杆￠)的外端分别与入射杆(7)和透射杆(8)的一端相连，入射杆(7)的另一端连接空气炮筒(9)及子弹(10)，透射杆(8)的另一端连接吸收杆(11)及阻尼器(12)， 应变片(13)分别贴于入射杆(7)和透射杆(8)上，应变片(13)测得的应力波信号经电桥(23)平衡后送至信号放大器(14)后传送给计算机(15)进行数据处理，计算机(15)经温控器(16)控制高频感应加热器(3)和试样(5)升温，红外监测仪(17)则经测温孔(18)测得试样(5)温度后反馈至温控器(16)，计算机(15)还与气泵(19)电连接。2.根据权利要求1所述的快速加热式准静态高温霍普金森压杆...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐思文，唐文波，肖雄，张丽娜，李鹏南，刘德顺，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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