本發(fā)明涉及一種分離式霍普金森桿，具體涉及一種分離式霍普金森桿多尺寸巖石試樣防爆支承裝置及方法。
背景技術(shù)：
分離式霍普金森桿（以下簡稱shpb）是一種研究一維應(yīng)力狀態(tài)下材料動態(tài)力學(xué)性能的有效試驗裝置，通過shpb可以實現(xiàn)高應(yīng)變率下動力巖石力學(xué)試驗。隨著對shpb試驗的深入研究，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初研究金屬材料的動態(tài)力學(xué)性能到現(xiàn)在可研究巖石、混凝土、陶瓷、高聚物、含能材料等多種材料的動態(tài)力學(xué)性。雖然在研究某些巖石結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)與破壞問題方面已經(jīng)進行了深入的研究，但是仍存在較多不足和值得商榷研究之處。主要包括：
（1）現(xiàn)已研制出的shpb裝置能支承的試件直徑比較單一，試件長度一般不超過200mm，調(diào)整范圍和試驗范圍有一定的局限性，滿足不了多尺寸、大長度巖石試件的試驗要求和精度。
（2）隨著對巖石多尺寸、大長度開展研究，現(xiàn)有支承裝置越不易于支撐試件，很多試驗過程中出現(xiàn)巖石試件軸心不對中，無法保證高速狀態(tài)下的試驗試樣的穩(wěn)定性，極大地影響巖石力學(xué)試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
（3）為了便于對巖石破壞過程的研究和掌握，大部分的試驗過程中都會采用高清攝像機進行全程記錄，但是當(dāng)shpb試驗速率達到10m/s以上時，近距離的高清攝像機經(jīng)常會被破壞的巖石碎片飛出造成鏡頭破損或試驗人員的生命安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟和儀器的損失，但是，目前沒有很好的避免和防止高速率下巖石碎片飛出的保護裝置等。
綜上所述，目前shpb試驗研究過程中，尚未發(fā)現(xiàn)防爆、安全、可隨時進行高清記錄的支承裝置和結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分離式霍普金森桿多尺寸巖石試樣防爆支承裝置及方法，具有安全經(jīng)濟、高效適用、安裝便捷等特點，能夠解決多尺寸、大長度巖石試樣shpb試驗過程中的定位和支承問題，避免巖石試樣在桿高速率撞擊下對高清攝像機造成的破壞和損傷，防止巖石試樣碎裂飛出對試驗人員及其場地造成的二次傷害。
技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種分離式霍普金森桿多尺寸巖石試樣防爆支承裝置，包括透明的防爆箱體、分級式支承螺栓和箱腿，所述防爆箱體上開設(shè)有由內(nèi)向外逐漸擴大的高清攝像窗口；
所述防爆箱體的中部為試樣支承區(qū)，從防爆箱體的兩側(cè)及底面均設(shè)有向試樣支承區(qū)連通的支承通道，所述支承通道的截面為方形；
所述分級式支承螺栓由緊密套裝在一根軸上的多個大小與支承通道相適配的可轉(zhuǎn)動正方體組成，各個所述分級式支承螺栓穿過支承通道進入試樣支承區(qū)對試樣進行支撐，且每個分級式支承螺栓上緊貼箱體外壁的可轉(zhuǎn)動正方體旋轉(zhuǎn)成與支承通道形成角度以鎖定支承螺栓的位置；
所述箱腿包括由兩個可旋轉(zhuǎn)的正交長方體構(gòu)成的轉(zhuǎn)動軸承、從轉(zhuǎn)動軸承向上伸出固定在箱體底面的伸縮桿、以及固定在轉(zhuǎn)動軸承底端的箱腿滾珠；所述箱腿滾珠沿著分離式霍普金森桿支架卡槽內(nèi)部自由滾動的同時，轉(zhuǎn)動軸承下部的長方體嵌入卡槽中滑動。
進一步，所述高清攝像窗口由薄板封閉，薄板與窗緣呈45°。
進一步，所述薄板的厚度為1cm。
進一步，所述支承通道包括從防爆箱體兩側(cè)同一高度向中心的橫向支承通道和沿防爆箱體底面中心線向上延伸的豎向支承通道，每側(cè)的橫向支承通道設(shè)有5個，豎向支承通道設(shè)有5個。
進一步，所述橫向支承通道位于高清攝像窗口以下2.5cm處。
進一步，所述橫向支承通道和豎向支承通道在試樣支承區(qū)的出口與試樣支承區(qū)中心的連線形成的夾角為60°。
進一步，所述分級式支承螺栓上的每個可轉(zhuǎn)動正方體每次的旋轉(zhuǎn)角度為45°。
進一步，穿過兩側(cè)橫向支承通道的兩組支承螺栓上的每級可轉(zhuǎn)動正方體皆設(shè)有對應(yīng)的激光發(fā)射器及接收器。
一種分離式霍普金森桿多尺寸巖石試樣防爆支承裝置的使用方法，包括以下步驟：
（1）安裝分離式霍普金森桿試驗子彈，暫不加壓；
（2）根據(jù)霍普金森桿與支架的距離調(diào)整伸縮桿的伸縮長度，組裝完成后，將箱腿滾珠插入支架卡槽，待滾珠到達支架卡槽的底部位置時，扭轉(zhuǎn)正交十字轉(zhuǎn)動軸承，使得下部軸承長方體能夠正好卡在支架卡槽內(nèi)部，上部軸承正好卡在支架卡槽上方；
（3）確定進行試驗的巖石試樣尺寸，左、右兩側(cè)支承通道各選擇兩個插入分級式支承螺栓，同時底面的支承通道插入分級式支承螺栓，待到達指定長度后，旋轉(zhuǎn)緊貼箱體外壁的可轉(zhuǎn)動正方體以鎖定支承螺栓的位置；
（4）安裝巖石試樣，確保試樣位于試驗區(qū)域的中心位置；
（5）架設(shè)高清攝像機，調(diào)整高清攝像機攝位置，保證鏡頭位置正好能夠通過高清攝像薄板窗口觀測巖石試樣；
（6）所有試驗設(shè)備和巖石試樣安裝就緒后，加壓，待所有參數(shù)無誤后進行試驗。
有益效果：本發(fā)明裝置通過透明防爆箱、分級式支承螺栓和箱腿基本能夠?qū)崿F(xiàn)shpb巖石試樣高速撞擊試驗操作人員和試驗場地的高效率、安全性和便捷性，采用分級的支承螺栓單元結(jié)構(gòu)、激光發(fā)射器和反射器等實現(xiàn)對試樣支承區(qū)巖石試樣的承擔(dān)和定位，解決多尺寸、大長度巖石試樣分離式霍普金森桿試驗過程中巖石試樣中心定位不準(zhǔn)確等問題；利用高清攝像機通過高清攝像薄板窗口實現(xiàn)高速試驗過程中對巖石瞬時破壞的獲取和對高清攝像頭的保護，很大程度上可以避免因高速撞擊下巖石碎片飛濺對高清攝像機造成的破壞和損傷，具有安全、經(jīng)濟、高效、便捷等有益效果，滿足高應(yīng)變率下巖石動力試驗要求和規(guī)定。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一個側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明另一側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為分級式支承螺栓的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4、5為箱腿的平面及立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。
實施例：一種分離式霍普金森桿多尺寸巖石試樣防爆支承裝置，如圖1、2所示，包括防爆箱體1、分級式支承螺栓14和箱腿5，防爆箱體1為透明塑料板構(gòu)成的立方體箱型結(jié)構(gòu)，為滿足一般性巖石力學(xué)實驗，設(shè)定長為20cm，寬為1cm，高為20cm。在防爆箱體1的一側(cè)開設(shè)有高清攝像窗口3，由1cm厚的透明薄板3封閉，與箱體1采用無縫連接，薄板3與窗緣2呈45°的“外八字”結(jié)構(gòu)，故高清攝像窗口3由內(nèi)向外逐漸擴大，試驗過程中高清攝像機可以通過攝像薄板3窗口3對巖石試樣的整個破壞過程進行全程記錄，既能為高清攝像機提供更為廣闊的拍攝視野，又能避免巖石試樣在破壞過程中碎裂巖石碎塊飛出造成人身傷害和場地破壞。
防爆箱體1的中部為試樣支承區(qū)11，防爆箱體1的兩側(cè)和底面上設(shè)有向試樣支承區(qū)11連通的支承通道，支承通道的截面為邊長為1cm的方形。其中，箱體1的底面沿中心線上均勻的分布五個向上延伸的豎向支承通道7，兩個側(cè)面在同一水平線上對應(yīng)的開設(shè)向中心延伸的橫向支承通道12、13，左、右側(cè)各五個。與高清攝像窗口3同側(cè)的橫向支承通道13位于高清攝像窗口3以下2.5cm處。支承通道組成了供分級式支承螺栓14支撐巖石試樣的重要通道，各個面上的通道以滿足不同位置上巖石試樣的定位和支承。側(cè)面的橫向支承通道12和底面的豎向支承通道7分別與試樣支承區(qū)11的圓心連線，形成的夾角為60°，通過三點定面實現(xiàn)對巖石試樣的有效支承。
如圖3所示，分級式支承螺栓14由緊密套裝在一根軸上的多個大小與支承通道相適配的可轉(zhuǎn)動正方體15組成，分級式支承螺栓14穿過各個支承通道進入試樣支承區(qū)11，并通過支承螺栓14末端的滾輪18對試樣進行支撐。本實施例中，一個分級式支承螺栓14上設(shè)有10個可轉(zhuǎn)動正方體15，即為十級轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。每個可轉(zhuǎn)動正方體15的邊長為1cm，自支承螺栓14底端第一至六級分別設(shè)有激光發(fā)射器16和反射器17，對應(yīng)左側(cè)支承通道的分級式支承螺栓14上設(shè)有激光發(fā)射器16，對應(yīng)右側(cè)支承通道的分級式支承螺栓14上設(shè)有反射器17，每一級相互發(fā)射、接收，通過兩者之間激光定位確定左右兩側(cè)的分級式支承螺栓14能夠?qū)?zhǔn)在同一條直線上，保證當(dāng)巖石試樣裝入穩(wěn)定時，位于試樣支承區(qū)11的正中位置，便于后期試驗。每個分級式支承螺栓14上的可轉(zhuǎn)動正方體15可轉(zhuǎn)動45°，支承螺栓14固定好試樣后可對緊貼箱體1外壁的可轉(zhuǎn)動正方體15進行旋轉(zhuǎn)，使該級可轉(zhuǎn)動正方體15無法進入支承通道以鎖住支承螺栓14的位置。
如圖4、5所示，箱腿5包括可伸縮桿8、伸縮桿8轉(zhuǎn)扭9、轉(zhuǎn)動軸承10和箱腿滾珠6，箱腿5通過螺栓孔與防爆箱體11進行連接，通過伸縮桿8轉(zhuǎn)扭9的順、逆時針方向的轉(zhuǎn)動可伸長或回縮伸縮桿8，伸縮桿8最大長度為6cm。轉(zhuǎn)動軸承10為兩個互相垂直正交的長方體結(jié)構(gòu)，長×寬×高=2cm×1cm×1cm，箱腿滾珠6固定在位于下面的長方體底面。當(dāng)箱腿滾珠6進入桿件支架溝槽后，扭轉(zhuǎn)90°保證下面的長方體結(jié)構(gòu)能夠嵌入卡槽滑動，箱腿滾珠6能夠在支架溝槽內(nèi)部順利滾動，以便防爆槽移動過程中順利進行。
上述防爆支承裝置的使用方法，包括以下步驟：
（1）清理試驗場地，檢查試驗設(shè)備及其試樣的安全性和完整性，對裝置進行清理檢查；
（2）安裝分離式霍普金森桿試驗子彈，暫不加壓；
（3）根據(jù)霍普金森桿與支架的距離調(diào)整伸縮桿8的伸縮長度，組裝完成后，將箱腿滾珠6插入支架卡槽，待滾珠到達支架卡槽的底部位置時，扭轉(zhuǎn)正交十字轉(zhuǎn)動軸承10，使得下部軸承長方體能夠正好卡在支架卡槽內(nèi)部，上部軸承正好卡在支架卡槽上方，既能夠保證箱腿滾珠6的正?；瑒?，又能夠保證對上部防爆箱的支撐作用；
（4）確定進行試驗的巖石試樣尺寸，左、右兩側(cè)支承通道各選擇兩個插入分級式支承螺栓14，同時底面的支承通道插入分級式支承螺栓14，待到達指定長度后，旋轉(zhuǎn)緊貼箱體1外壁的可轉(zhuǎn)動正方體15以鎖定支承螺栓14的位置，保持固定和支撐作用；
（5）校核支承螺栓14每級的激光發(fā)射器16和反射器17，完全對準(zhǔn)后，安裝巖石試樣；
（6）安裝巖石試樣，確保試樣位于試驗區(qū)域的中心位置；
（7）架設(shè)高清攝像機，調(diào)整高清攝像機攝位置，保證鏡頭位置正好能夠通過高清攝像薄板3窗口觀測巖石試樣；
（8）所有試驗設(shè)備和巖石試樣安裝就緒后，加壓，待所有參數(shù)無誤后進行試驗。