本發(fā)明涉及沖擊力學實驗領域，具體是一種用于霍普金森壓桿實驗的吸能裝置。

背景技術：

分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson pressure bar，SHPB)被廣泛應用于硬脆性材料的動態(tài)力學特性研究，其主體結構包括發(fā)射裝置、子彈、入射桿、透射桿、吸能裝置以及應變、彈速測試儀器等?，F(xiàn)有的霍普金森壓桿吸能裝置，大多是通過空氣阻尼器和緩沖墊塊來緩沖透射桿的撞擊并吸收沖擊動能，例如中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所申請的大直徑分離式霍普金森壓桿專利(No.200620031882.9)和哈爾濱工程大學申請的霍普金森壓桿可調空氣阻尼器專利(No.201310150651.4)。但現(xiàn)有相關技術普遍存在兩點不足：1)每一次霍普金森壓桿實驗結束后，在開始下一次實驗前都需要手動令吸能桿復位，這會造成一定的工作效率下降；2)在設計吸能裝置的時候沒有對所能吸收的最大沖擊動能進行必要的量化，這會使實驗者無法合理地預估上限，從而增加實驗的危險系數(shù)。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有霍普金森壓桿吸能裝置中存在的每次試驗后吸能桿需手動復位，以及不能對裝置的最大可吸收動能進行量化問題，本發(fā)明提出了一種吸能緩沖裝置。

本發(fā)明包括彈性緩沖墊塊、吸能桿、緩沖缸、柔性墊圈、滑軌和復位彈簧。所述緩沖缸被安放在支座上；吸能桿一端的吸能桿底座位于所述緩沖缸的缸體內，并使該吸能桿底座圓周表面的滑軌分別嵌裝在緩沖缸內表面的滑槽中；該吸能桿的另一端穿過所述緩沖缸一端端面的通孔，并使承壓頭位于該緩沖缸的缸體外。在所述吸能桿底座與緩沖缸內端面之間有柔性墊圈。5～13根復位彈簧位于所述緩沖缸的缸體內，并使各復位彈簧的一端固定在所述吸能桿的吸能桿底座的外端面上，使各復位彈簧的另一端固定在所述緩沖缸另一端的內壁上。

所述各復位彈簧中，一根復位彈簧的軸線與所述緩沖缸的直線重合，其余的復位彈簧均布在位于緩沖缸中心的復位彈簧的四周。

所述緩沖缸為封閉的筒形件，在該緩沖缸一端的端蓋上開有與吸能桿間隙配合的通孔。在該緩沖缸的內圓周表面均布有8～16個滑槽，并使各滑槽的位置與所述吸能 桿底座的圓周上滑軌的位置對應。

所述吸能桿的一端為承壓頭，另一端為吸能桿底座；在所述承壓頭的端面軸向有圓形的凹槽，用于嵌裝彈性緩沖墊塊；該吸能桿另一端的吸能桿底座的圓周上均布有8～16個平行于所述吸能桿中心線的條狀滑軌。所述滑軌凸出吸能桿底座的圓周表面；該滑軌的橫截面為圓弧狀。

所述各復位彈簧中，一根復位彈簧的軸線與所述緩沖缸的直線重合，其余各復位彈簧均布在位于緩沖缸中心的復位彈簧的四周。

本發(fā)明最大可吸收動能的量化方法，是通過理論計算并結合計算機仿真模擬實現(xiàn)的，需列入考慮的物理量包括：1)吸能桿的整體質量M和整體速度V；2)復位彈簧的彈性系數(shù)K、數(shù)量N、長度L以及最大可壓縮比例P₁；3)環(huán)狀彈性緩沖墊圈的彈性模量E、寬度H以及最大可壓縮比例P₂。所取得的技術效果是，在不超過彈簧量程(即壓縮距離不超過L×P₁)同時不損傷緩沖墊圈(即壓縮距離不超過H×P₂)的情況下，量化本發(fā)明所能吸收的最大動能，從而為霍普金森壓桿實驗的具體實施提供參考。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主視圖；

圖2是圖1中彈性緩沖墊塊、承壓頭和緩沖缸配合部分的左視圖；

圖3是圖1中的A-A向視圖；

圖4是吸能桿的結構示意圖，其中4a是主視圖，4b是左視圖；

圖5是緩沖缸的結構示意圖，其中5a是主視圖，5b是5a中的B-B向視圖。

圖中：

1.彈性緩沖墊塊；2.承壓頭；3.吸能桿；4.緩沖缸；5.柔性墊圈；6.吸能桿底座；7.滑軌；8.復位彈簧；9.支座；10.滑槽；11.排氣孔。

具體實施方式

本實施例的目的在于提供一種可自動復位的霍普金森壓桿吸能緩沖裝置，以解決現(xiàn)有技術中的霍普金森壓桿裝置需手動對吸能桿進行復位的問題，并且對最大可吸收動能進行量化，從而提高實驗效率，并為實驗設計提供參考。

所述霍普金森壓桿吸能裝置包括彈性緩沖墊塊1、承壓頭2、吸能桿3、緩沖缸4、環(huán)狀的柔性墊圈5、吸能桿底座6、滑軌7、復位彈簧8和支座9。

所述緩沖缸4被安放在支座9上；所述吸能桿3的一端為承壓頭2，另一端為吸 能桿底座6，其中，該吸能桿一端的吸能桿底座位于所述緩沖缸的缸體內，并使該吸能桿底座圓周表面的滑軌分別嵌裝在緩沖缸4內表面的滑槽10中；該吸能桿3的另一端穿過所述緩沖缸一端端面的通孔，使該吸能桿的承壓頭2位于該緩沖缸的缸體外。在所述吸能桿底座6與緩沖缸內端面之間有柔性墊圈5。5～13根復位彈簧8位于所述緩沖缸的缸體內，并使各復位彈簧的一端固定在所述吸能桿的吸能桿底座的外端面上，使各復位彈簧的另一端固定在所述緩沖缸另一端的內壁上。所述各復位彈簧中，一根復位彈簧的軸線與所述緩沖缸的直線重合，其余的復位彈簧均布在位于緩沖缸中心的復位彈簧的四周。本實施例中，復位彈簧8的數(shù)量為5根。

所述緩沖缸為封閉的筒形件，在該緩沖缸一端的端蓋上開有與吸能桿3間隙配合的通孔。在該緩沖缸的內圓周表面均布有8～16個滑槽10，并使各滑槽的位置與所述吸能桿底座的圓周上滑軌7的位置對應。在該緩沖缸圓周表面有若干排氣孔11。

所述吸能桿3為回轉體。該吸能桿一端端面軸向有圓形的凹槽，用于嵌裝彈性緩沖墊塊1。該吸能桿另一端的吸能桿底座的圓周上均布有8～16個平行于所述吸能桿中心線的條狀滑軌7。所述滑軌凸出吸能桿底座的圓周表面；該滑軌7的橫截面為圓弧狀，當滑軌7與緩沖缸的內圓周表面的滑槽10配合后，該滑軌7與滑槽10的底表面之間點接觸，有效的減小了二者之間的摩擦。8～16條滑槽呈環(huán)形均布在所述緩沖缸的內圓周表面。本實施例中，所述滑槽的數(shù)量為8條。

柔性墊圈5為環(huán)狀，套裝在所述吸能桿的連桿上，并位于緩沖缸的缸體內、處于該緩沖缸有通孔一端缸體內壁與吸能桿底座6的內端面之間。彈性緩沖墊塊1嵌裝在所述承壓頭2的端面。

在霍普金森壓桿實驗中，當透射桿撞擊吸能桿的承壓頭2時，承壓頭內嵌的彈性緩沖墊塊1對沖擊動能進行了第一次緩沖，隨后轉化為吸能桿整體的動能K_a；所述的動能K_a即后續(xù)需量化的指標。緩沖缸4內的吸能桿底座6通過滑軌7和滑槽10向該緩沖缸的封閉端滑動，同時使處于自由狀態(tài)的復位彈簧8產(chǎn)生壓縮?；?與滑槽10的作用是減少吸能桿底座在移動過程中的摩阻力，使得復位彈簧8成為吸收動能的主體，從而增加量化最大可吸收動能的可信度。當沖擊動能完全轉化為復位彈簧8的彈性勢能后，復位彈簧8開始向另一端反彈，并通過位于緩沖缸4與吸能桿底座6之間的柔性墊圈5吸收能量，起到保護作用，以防止復位彈簧8的反彈過猛。這是因為在慣性作用下，復位彈簧8在反彈到自由狀態(tài)后仍然會向柔性墊圈5一端再移動一段距 離，此時吸能桿底座6壓縮環(huán)狀柔性墊圈5，將這部分殘余動能轉化為墊圈的彈性勢能，在較短時間內復位彈簧8重新穩(wěn)定于初始位置，即恢復自由狀態(tài)，從而為下一次實驗做好準備。

試驗證明，本實施例能夠通過多次試打建立子彈彈速或發(fā)射氣壓與吸能桿整體速度之間的關系，從而通過最大可吸收動能來約束最大子彈彈速或發(fā)射氣壓，以起到保護實驗裝置，降低危險系數(shù)的作用。