进行冲击试验旨在检测试件在高过载、高脉冲的环境下系统的工作能力,为提高系统的作用可靠性提供参考依据。冲击试验装置通常使用冲击试验机、马希特锤、空气击锤,此外还有Hopkinson压杆装置、空气炮等。25986
1冲击试验机
冲击试验中通常使用冲击试验机作为试验装置。当前国外已经有许多研究机构及公司这方面取得了良好的成果,其中尤以美国的AVEX公司、Instron公司、日本吉田精机株式会社所生产的产品最为出色。我国相比于世界先进水平还有很大差距。图1.2是MDST系列冲击试验机,是由日本吉田精机公司研发的,它不仅可以产生半正弦脉冲波形,而且可以产生梯形脉冲波形,非常适合用进行包装货物的等效跌落试验。该装置可利用计算机直接完成试验条件的设置,控制装置在自动完成冲击过程的同时还可进行多频的加速度测量和不同的分析。它的试件安装台具有很高的刚度,它是吉田精机公司研发的冲击试验机中比较先进的一款试验机。
图1.2吉田精机MDST系列冲击试验机 图1.3 SY一13系列高加速度冲击试
当前,在我国冲击试验机的研发工作也早已开展,很多企业和研究机构也取得了一些良好的进展。比如:苏州苏试试验仪器有限公司生产制造的CL系列冲击台,该冲击台能够产生半正弦波、梯形波及后峰锯齿波;浙江大学结合电液控制,液压变节流原理研制出了新一代试验机;图1.3所呈现的是拥用了“高加速度冲击台复合台面结构”和“冲击试验台活塞式高加速冲击响应锤”两项专利技术的SY-13系列高加速度冲击试验机,由苏州东菱振动试验仪器有限公司自主研发。该装置为了完成50000g冲击环境的模拟目标,大量的增加了冲击能量。这个装置的一些重要指标已经走在了国际前列。
2 HoPkinson压杆
最早的瞬时冲击载荷测量装置原型是由HoPkinson在1914年提出,这个装置被命名为HoPkinson压杆装置。此后,HoPkinson压杆得到了长足的改进。1949年Klosky研发出了改善后的分离式Hopkinson压杆装置,简称为SHPB。这之后,众多研究人员又对它进行了不断的完善,主要改进加载方式和加载波形;建立加载装置,方便用于考察材料性能时程的变化等。图1.4所示为分离式Hopkinson压杆装置示意图。
图1.4分离式霍普金森压杆系统示意图
如图1.4所示SHPB装置主要由4部分组成,包括子弹、入射杆、透射杆以及测试系统。该装置采用间接冲击原理进行工作。首先在入射杆和透射杆之间夹住试件,试验开始后气室内产生高压气体,子弹被高压气体推动,以十分快的速度下射入入射杆,入射杆将猛烈的冲击波传导给试件。然后传感器将检测的信号传送给数据记录仪,计算机在接收到记录仪的数据之后对试验结果进行处理,从而得到需要的数据。
SHPB压杆装置的测量方法非常便捷,它的试件的应变率范围也很广,加载波形更加易于测量与控制,它是研究脉冲动载荷作用下材料力学性能的最常用以及最有效的试验装置。这个装置既可以用作压缩试验,也可以进行拉伸和剪切试验,并可用于标定加速度、力与压力传感器的领域。
如果用Hopkinson杆进行冲击试验,加速度峰值很简单就会达到数万g甚至20万g,但是试验加载的脉冲的宽度一般为几十微秒至几百微秒,而且脉冲波形近似为矩形波。
3空气炮
因为空气炮以空气作为压缩介质形成高压气体,利用气体膨胀对弹丸做功,经济廉价,所以空气炮是工程中经常得到应用。空气炮装置作为一种加载工具,它的重复性能好,安全性能高,可操作性强,文护也十分方便,被国内外很多研究机构采用。我国西北核技术研究所在1982年完成57mm口径的单级压缩气体炮的研制,它的最大弹速可以达到1400m/s,90年代研制出来口径为130mm的单级压缩气体炮和10mm口径的最大弹速达到7000m/s的非火药驱动二级气体炮。空气炮型号繁多,它的组成与结构也各有千秋。图1.5为中北大学制造的空气炮装置,其原理图如图1.6所示。
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