分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法

摘要

本发明公开了一种分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法，其拉伸夹具包括主夹具体和副夹具体，所述主夹具体在半圆切面设有固定块和定位凸块，所述固定块与所述定位凸块之间形成定位卡槽，所述主夹具体在半圆切面开设有用于放置试件的放置凹槽，所述放置凹槽内设有定位圆柱，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位凸块配合的定位凹槽，所述副夹具体在定位凹槽处的凸起为定位卡块，所述定位卡块与所述定位卡槽配合，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位圆柱配合的定位盲孔。本发明有效解决试验过程中片状试件滑脱，保证夹具与试件紧固的稳定性，保证试验过程中波形传播完整性，避免对应力波的干扰，有效提高试验数据精度。

权利要求

1.分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，其特征在于，包括：主夹具体，所述主夹具体为半圆柱状，所述主夹具体在半圆切面设有固定块和定位凸块，所述固定块与所述定位凸块之间形成定位卡槽，所述主夹具体在半圆切面开设有用于放置试件的放置凹槽，所述放置凹槽包括长方体部分和倒角部分，所述倒角部分贯穿所述主夹具体远离所述固定块的一端，所述放置凹槽在长方体部分的中心处设有定位圆柱；

副夹具体，所述副夹具体为半圆柱状，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位凸块配合的定位凹槽，所述副夹具体在定位凹槽处的凸起为定位卡块，所述定位卡块与所述定位卡槽配合，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位圆柱配合的定位盲孔；试件放入放置凹槽后，在试件的上表面涂高强度胶，将主夹具体、副夹具体以及试件粘在一起。

2.根据权利要求1所述的分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，其特征在于：所述主夹具体与所述副夹具体相配合后为一个完整的圆柱体结构，所述圆柱体结构的直径与霍普金森拉杆的入射杆和透射杆的直径保持一致，其直径均为19mm。

3.根据权利要求1所述的分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，其特征在于：所述固定块在远离所述定位凸块的一侧面设有与试验装置的入射杆和透射杆连接的圆柱体状螺纹杆。

4.根据权利要求3所述的分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，其特征在于：所述圆柱体状螺纹杆的直径与入射杆和透射杆的内螺纹直径相同，螺纹规格为M10。

5.根据权利要求1所述的分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，其特征在于：所述试件为片状哑铃形试件，所述试件在夹持端中心处开设有与所述定位圆柱相配合的定位圆孔。

6.根据权利要求1所述的分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，其特征在于：在装配好所述主夹具体与副夹具体后，所述定位圆柱的顶面与所述定位盲孔的底面之间有1mm的距离，所述试件的厚度和所述放置凹槽的深度均为2mm。

7.根据权利要求1‑6中任一项所述的分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具的实验操作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：检查应变片是否贴好，应变片分别设置在入射杆和透射杆上；调节入射杆与透射杆的水平度和同轴度，确保入射杆和透射杆保持水平并且同轴；检查电源是否安全，接紧接地线；

S2：将本夹具与入射杆和透射杆通过圆柱体状螺纹杆连接起来，为了确保夹具与入射杆和透射杆能紧密连接，并消除由于螺纹连接导致的波形杂波，在螺纹连接处用生料带耦合固紧；

S3：再次检查入射杆和透射杆的水平度和同轴度，避免由于生料带造成的误差；

S4：将试件放入放置凹槽内，试件的定位圆孔与定位圆柱相配合；试件放入放置凹槽后，在试件的上表面涂高强度胶，将主夹具体、副夹具体以及试件粘在一起；主夹具体与副夹具体装配起来之后，形成一个与入射杆和透射杆直径相同的圆柱体结构；

S5：检查入射杆、透射杆和本夹具的水平度和同轴度，确保入射杆、透射杆和本夹具水平且同轴；

S6：将试验装置的撞击杆捅入霍普金森拉杆的炮管内，打开应变仪、数据采集系统以及数据采集软件；

S7：再次检查分离式霍普金森拉杆系统是否准备完毕，开启充气阀门，对气缸充气直至达到试验所需压力；

S8：点击数据采集软件的数据采集按钮，把拉杆系统的开关扳向发射位置，撞击杆发射出去，进行高应变率动态拉伸试验，以研究不同应变率对材料动态拉伸力学性能的影响。

说明书

分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料力学和实验力学等研究技术领域，特别是涉及一种分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具及实验方法。

背景技术

[0002] 材料在高应变率下的动态力学性能研究在航空航天、轨道交通、汽车、舰船和国防工程等领域均具有重要的学术和工程价值。准确获取宽泛应变率范围内的材料力学响应，
尤其是中高应变率下的材料力学响应成为研究焦点和难点。目前，常用的材料动态力学性
0 3 ‑1 1
能测试设备主要有伺服液压控制系统的高速材料试验机(10～10s )、落锤试验机(10 ～
3 ‑1 2 4 ‑1
10s )和分离式霍普金森杆(10～10s )等装置。分离式霍普金森杆(压杆和拉杆)实验技
术被认为是研究中高应变率下材料力学性能的最主要、可靠的实验方法，包含两个基本假
定：1)一维应力波假设：假设撞击杆、入射杆、透射杆和试件中传递的应力波均为线弹性波，
且在传递过程中撞击杆、入射杆、透射杆和试件的任意截面始终保持为平面；2)应力均匀性
假设：假设在整个加载过程中试件中的应力和应变沿长度方向均匀分布。通过一维应力波
传播理论可以得到试件的应力‑应变关系。

[0003] 分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Torsion Bar，SHTB)系统主要包含三部分：支架部分、拉杆主体部分和数据采集部分。其中支架部分主要用来支撑固定拉杆部分并
且保证拉杆的水平。拉杆主体部分包括缓冲吸收器、单次波传递杆、加载接头、撞击管(俗称
子弹)、炮管、入射杆、透射杆以及相应的气压装置组成。而数据采集系统则是由粘贴在杆子
上的应变片，惠斯通电桥(应变片接线桥盒)，超动态应变仪以及高速采集系统组成。分离式
霍普金森拉杆由材料性能和外径相同的撞击杆、入射杆、透射杆以及能量吸收系统组成。当
撞击杆同轴撞击入射杆时，在入射杆产生一个近似的压缩方波，这个弹性压缩波传到入射
杆和试件界面，一部分传进试件，一部分以拉伸波的形式反射回入射杆即成为反射应变波。
进入试件的压缩波到达试件与透射杆界面时，有一小部分返回试件且在试件中来回反射达
到应力平衡，另一部分传到透射杆形成透射应变波。

[0004] 在使用分离式霍普金森拉杆进行材料的动态力学性能的研究过程中，试件和实验杆的接触面需要承受拉应力，螺纹法是常用的一种连接方法。螺纹法是将试件做成哑铃状
的回转体，试件两端加工外螺纹，试件与分离式霍普金森拉杆用螺纹连接。但某些试验材料
原板材的厚度不够，达不到分离式霍普金森拉杆螺纹连接所需要的直径，无法加工成直径
满足要求的圆柱试件，只能加工成薄片状试件。对于这种薄片状试件，通常使用胶粘法。胶
粘法的是用高强度胶水将板状试件的夹持端与分离式霍普金森拉杆的入射杆和透射杆紧
密连接。这种方法得到的数据精度较高，但试验周期较长，每次试验都要单独粘接试件和杆
件，而且试验后不好拆卸和清洗。螺纹法虽然提升了试验效率，但获取的数据精度低于胶粘
法，且工程中很多材料难以加工成螺纹试件，所以螺纹法也不适用于工程应用。因此，对于
薄片状试件，大多使用夹具来连接试件和杆件。

[0005] 在使用夹具连接片状试件和杆件进行动态拉伸试验过程中，必须考虑以下问题：1)加载杆与试件间的应力集中必须减到最小；2)在加载杆和试件间尽量避免波阻抗的失
配，以减少应力波的反射导致的有效脉冲载荷的削弱，从而有利于波形分析；3)拉伸载荷最
好由加载杆只通过一个剪切加载区就传到试件上，尽量避免多重途径传递载荷，导致拉伸
失败，或者产生太多的干扰杂波影响波形采集和分析；4)传递剪切载荷的面积应尽量大，否
则很可能发生剪切破坏。考虑上述问题，设计出一种分离式霍普金森拉杆的片状试件试验
夹具。

[0006] 现有技术一：专利号CN201520417815.X公开了一种动态拉伸试验夹具(如图1‑4所示)，包括主夹具体1、夹片2和螺纹固定夹具3，其中，主夹具体1的一端开孔，孔的内壁由外
到内依次设置有内螺纹和内锥面，螺纹固定夹具3的一端外周设置有与主夹具体1内螺纹相
配合的外螺纹，螺纹固定夹具3沿轴心开有供板条状试件4穿过的中心孔，且在伸入主夹具
体1内的一端开有与中心孔同轴的且最小孔径大于中心孔的锥孔，两片对称的夹片被配置
用于夹紧板条状试件4，夹片2两端的外形分别与主夹具体1的内锥面和螺纹固定夹具3的锥
形孔形状配合。

[0007] 技术一的结构装配：主夹具体1与所配置的霍普金森拉杆通过螺纹连接，两块对称的夹片2将板条状试件4夹紧，与主夹具体1内孔锥面相贴合；螺纹固定夹具3锥面与夹片2贴
合，其外螺纹通过与主夹具体1内螺纹配合来达到固定的目的。

[0008] 技术一的实验操作：实验前，将待测材料切成一定宽度的板条状试件4，其尺寸必须小于螺纹固定夹具3中心孔的尺寸，将两块对称的夹片2夹紧试件后放入主夹具体1中，通
过锥面配合，然后将主夹具体1装配在拉杆上，把螺纹固定夹具3旋入主夹具体1，使螺纹固
定夹具3内锥孔的锥面与夹片2的锥面契合，使其固定并保证试件不会发生滑脱，通过动态
拉伸完成高应变率实验。

[0009] 该现有技术一的缺点：对于上述的动态拉伸实验夹具，采用了复杂的连接方式，涉及到加工要求较高的锥面，且所需要的主夹具体、夹片和螺纹固定夹具在装配完成后仍存
在比较多的间隙，会使夹具之间配合不紧固，干扰应力波的传播，影响试验效果。

[0010] 现有技术二：专利号CN201510793051.9公开了一种分离式霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法(如图4‑8所示，图中：1为缓冲吸收器，2为单次波传递杆，3为加载杆头，4
为撞击杆，5为应变片，6为入射杆，7为夹持装置，8为试件，9为透射杆，10为接头，11为夹持
部，12为盲孔，13为压块，14为基座，15为凹槽，16为螺孔，17为螺钉)，其装置包括接头和夹
持部，所述接头为圆柱体结构，内部设有圆形盲孔，孔内设有内螺纹，通过螺纹与入射杆或
透射杆连接；夹持部包括压块和基座，压块扣合在基座上方，基座与接头固定为一体，且基
座的上表面设有凹槽，凹槽的结构为扁平型，凹槽主体为正方形，端部为喇叭形，压块为六
面体结构，上、下两面平行，压块四周设有螺孔，且在基座与压块对应处设有螺孔，压块与基
座通过螺钉连接固定。

[0011] 技术二的实验操作：调节入射杆与透射杆的水平度和同轴度，检查应变片是否贴好；将转接头通过生料带与实验杆紧密拧紧；再次检查入射杆和透射杆的水平度和同轴度；
将试件装入凹槽中；用螺钉将压块和基座固定在一起；打开应变仪，打开数据采集系统；进
行高应变率动态拉伸试验；拧开螺母，取出试件；重复上述步骤。

[0012] 该现有技术二的缺点：对于上述的一种分离式霍普金森拉杆试件的夹持装置及实验方法，利用压块和螺钉通过物理加载的方式对试件进行夹紧连接，存在接头截面变化较
大，干扰应力波传播的缺陷。此外，螺纹连接容易出现螺纹间隙，在动态拉伸试验过程中，压
块与基座之间容易因螺纹间隙导致试件的夹紧状态不够稳定。

[0013] 现有技术三：专利号CN107941606A公开了一种分离式霍普金森拉杆试验夹具，(如图9‑13所示)，包括主夹具体、副夹具体和锁紧螺母，主夹具体为一端带截口的异形圆柱体
结构，圆柱体端部设有与试验装置的入射杆和透射杆螺纹连接的螺纹杆，截口端部设有与
锁紧螺母配合的外螺纹；主夹具体圆柱体的截口为：过外螺纹端部中心线的轴向切线与圆
柱体三分之一处的径向切线相交构成的缺口，该截口的水平面设有放置试件的凹槽，该截
口的垂直端面设有与副夹具体端部定位圆柱配合的定位盲孔；副夹具体为半圆柱结构，其
一端设有与主夹具体垂直端面的定位盲孔配合的定位圆柱，另一端设有与锁紧螺母配合的
外螺纹；该半圆柱的水平面设有与主夹具体一致的凹槽，锁紧螺母为含有内螺纹的圆环结
构。

[0014] 技术三的试验操作：调节入射杆与透射杆的水平度和同轴度，检查应变片是否贴好；将试件4放在主夹具体1与副夹具体2的凹槽中，确定放好后，通过锁紧螺母3将主夹具体
1、副夹具体2和试件4锁紧固定；将主夹具体1与霍普金森拉杆杆件通过螺纹杆连接；再次检
查入射杆和透射杆的水平度和同轴度；打开应变仪，打开数据采集系统；进行高应变率动态
拉伸试验；重复上述步骤。

[0015] 该现有技术三的缺点：对于上述的一种分离式霍普金森拉杆试验夹具，主夹具体与副夹具体之间用螺纹连接的方法连接起来，但螺纹配合容易出现空隙，在高应变率拉伸
试验过程中易使主夹具体与副夹具体之间发生松动，造成信号抖动。

[0016] 现有技术四：专利号CN 206876480U公开了一种可拆装的动态拉伸试验夹具(如图14‑19所示，图中，1‑主夹具体；2‑副夹具体；3‑螺纹固定夹具；4‑加强片；5‑试件；6‑凹槽；7‑
圆柱体结构；8‑半圆锥结构)，其夹具包括主夹具体1、副夹具体2、加强片3和螺纹固定夹具
4。其中，主夹具体1为“L”形，“L”短边一端为圆柱体结构7，圆柱体结构7的内部设有圆形盲
孔，盲孔内设有与霍普金森拉杆相匹配的内螺纹，圆柱体结构7的端面为倒圆角，端面外侧
壁均匀分布四个槽(即四方)方便装配；“L”长边一端为半平头圆锥结构8，该半平头圆锥结
构8端部外侧壁设有外螺纹，内侧中心平面沿纵向设置有凹槽6，凹槽6主体为长方形扁平结
构，端部为喇叭形，凹槽6端部的喇叭形结构深度自向半平头圆锥结构底部向端部逐渐减
小，用于放置试件；主夹具体1的凹槽6与圆柱体结构7连接处设有圆弧倒角。副夹具体2的形
状和结构与主夹具体1的半平头圆锥结构8完全相同，副夹具体2凹槽6形状与主夹具体1凹
槽6的形状相同，且均与加强片3形状相匹配；主夹具体1与副夹具体2二者配合为一个完整
的平头圆锥结构，该平头圆锥结构锥底外径与主夹具体1圆柱体结构7外径相匹配，且其中
心为凹槽6。加强片3的形状与主夹具体1和副夹具体2的凹槽6的形状相匹配，为带斜面的长
方体，加强片3的长度小于凹槽6的长度；操作时，用胶黏在试件5外侧，试件5的上下两侧各
粘接一个加强片，其中一个加强片放置于凹槽6内。所述螺纹固定夹具4为六角形结构，内部
设有中心通孔，中心通孔的内侧壁设有与主夹具体和副夹具体外侧壁螺纹相配合的内螺
纹。

[0017] 技术四的装配步骤：加强片4用胶黏在试件5一侧，主夹具体1与所配套的拉杆通过圆形盲孔内螺纹连接，主夹具体1和副夹具体2通过中心的凹槽6固定试件5，螺纹固定夹具3
通过锥孔上的内螺纹与主夹具体1、副夹具体2上的外螺纹配合。

[0018] 技术四的试验操作：试验前，将待测材料切成板条状试件5，其宽度必须与主夹具体1和副夹具体2的凹槽6相匹配，将两片加强片4用胶黏在试件5的两侧面，将试件5放入主
夹具体1的凹槽6中，然后将副夹具体2的凹槽与试件5贴紧，再将螺纹固定夹具3旋入主夹具
体1和副夹具体2中，使螺纹固定夹具3内锥孔的锥面与主夹具体1、副夹具体2的锥面契合，
使其固定来保证试件不会发生滑脱，最后将主夹具体1通过与拉杆相配合的内螺纹装配在
拉杆上，如图1.5.6所示，通过动态拉伸完成高应变率试验。

[0019] 该现有技术四的缺点：对于上述的一种可拆装的动态拉伸试验夹具，虽然采取胶粘以及螺纹固定的方式保证试件不会发生滑脱，但连接方式较为复杂，对加强片的加工精
度要求较高，且螺纹固定夹具在装配完成后仍存在比较多的间隙，干扰应力波的传播，影响
试验效果。

发明内容

[0020] 本发明的目的在于克服相关技术的不足，提供一种结构简单、装配方便、加工要求低的分离式霍普金森拉杆片状试件动态拉伸试验夹具，有效解决试验过程中片状试件滑
脱，保证夹具与试件紧固的稳定性，保证试验过程中波形传播完整性，避免对应力波的干
扰，有效提高试验数据精度。

[0021] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0022] 分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，包括：

[0023] 主夹具体，所述主夹具体为半圆柱状，所述主夹具体在半圆切面设有固定块和定位凸块，所述固定块与所述定位凸块之间形成定位卡槽，所述主夹具体在半圆切面开设有
用于放置试件的放置凹槽，所述放置凹槽包括长方体部分和倒角部分，所述倒角部分贯穿
所述主夹具体远离所述固定块的一端，所述放置凹槽在长方体部分的中心处设有定位圆
柱；

[0024] 副夹具体，所述副夹具体为半圆柱状，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位凸块配合的定位凹槽，所述副夹具体在定位凹槽处的凸起为定位卡块，所述定位卡块与
所述定位卡槽配合，所述副夹具体在半圆切面开设有与所述定位圆柱配合的定位盲孔。

[0025] 进一步地，所述主夹具体与所述副夹具体相配合后为一个完整的圆柱体结构。

[0026] 进一步地，在安装所述固定块和所述定位凸块后，所述主夹具体的截面为F状。

[0027] 进一步地，所述固定块在远离所述定位凸块的一侧面设有与试验装置的入射杆和透射杆连接的圆柱体状螺纹杆。

[0028] 进一步地，所述圆柱体状螺纹杆的直径与试验设备杆件的内螺纹直径相同，螺纹规格为M10。

[0029] 进一步地，所述主夹具体与副夹具体配合形成的圆柱体结构的直径与霍普金森拉杆的入射杆和透射杆的直径保持一致，其直径均为19mm；可保证夹具结构与试验装置入射
杆和透射杆的一致性较好，减少对应力波传播的干扰，提高试验效果。

[0030] 进一步地，所述圆柱体状螺纹杆与所述固定块之间设有连接圆柱，所述连接圆柱的一端与所述圆柱体状螺纹杆固定连接，其另一端与所述固定块固定连接，所述连接圆柱
的高度为2mm，所述圆柱结构的直径为7mm。

[0031] 进一步地，所述试件为片状哑铃形试件，所述试件在夹持端中心处开设有与所述定位圆柱相配合的定位圆孔。

[0032] 进一步地，所述试件的厚度和所述放置凹槽的深度均为2mm。

[0033] 进一步地，在装配好所述主夹具体与副夹具体后，所述定位圆柱的顶面与所述定位盲孔的底面之间有1mm的距离；这样可以避免由于加工精度问题导致主夹具体凹槽内的
定位圆柱和副夹具体的定位盲孔相互不配合的问题。

[0034] 上述拉伸夹具的实验操作方法，包括如下步骤：

[0035] 1)检查应变片是否贴好，应变片分别设置在入射杆和透射杆上；调节入射杆与透射杆的水平度和同轴度，确保杆件保持水平并且同轴；检查电源是否安全，接紧接地线。

[0036] 2)将本夹具与试验设备杆件通过圆柱体状螺纹杆连接起来，为了确保夹具与杆件能紧密连接，并消除由于螺纹连接导致的波形杂波，在螺纹连接处用生料带耦合固紧。

[0037] 3)再次检查入射杆和透射杆的水平度和同轴度，避免由于生料带造成的误差。

[0038] 4)将试件放入放置凹槽内，试件的定位圆孔与定位圆柱相配合；试件放入放置凹槽后，在试件的上表面涂高强度胶，将主夹具体、副夹具体以及试件粘在一起；主夹具体与
副夹具体装配起来之后，形成一个与试验设备杆件直径相同的圆柱体结构。

[0039] 5)检查入射杆和透射杆和本夹具的水平度和同轴度，确保杆件和本夹具水平且同轴。

[0040] 6)将试验设备的撞击杆捅入霍普金森拉杆的炮管内，打开应变仪、数据采集系统以及数据采集软件。

[0041] 7)再次检查分离式霍普金森拉杆系统是否准备完毕。开启充气阀门，对气缸充气直至达到试验所需压力。

[0042] 8)点击数据采集软件的数据采集按钮，把拉杆系统的开关扳向发射位置，撞击杆发射出去，进行高应变率动态拉伸试验，以研究不同应变率对材料动态拉伸力学性能的影
响。

[0043] 本发明的有益效果是：

[0044] 本发明相对于现有技术一，本夹具装配简单方便，加工要求较低，且试件与本夹具之间没有螺纹连接，不存在干扰应力波传播的螺纹间隙，不会出现因螺纹间隙导致的夹具
之间配合不紧固的问题，可以确保波形在传播过程中的完整性，主夹具体上的定位圆柱与
副夹具体上的定位盲孔相互配合，将试件夹在中间，可以防止试件滑脱，保证试件与夹具之
间紧固。此外，本夹具与试验设备杆件之间的螺纹连接处使用生料带填充螺纹间隙，可避免
波形杂波。

[0045] 本发明相对于现有技术二，主夹具体上的定位圆柱与副夹具体上的定位盲孔相互配合，将试件夹在中间，可以防止试件滑脱，且本夹具的主、副夹具体之间没有螺纹连接，不
会出现螺纹间隙，因此在高应变率拉伸过程中本夹具对试件的夹紧状态较为稳定，不会因
螺纹间隙使夹具对试件的紧固出现松动，试件在拉伸方向的受力面变化较小，应力波波形
在传播过程中较完整，得到的数据精度较高。

[0046] 本发明相对于现有技术三，主夹具体与副夹具体之间装配简单稳固，且无螺纹连接，不会出现螺纹配合之间易出现间隙的问题，且定位圆柱与试件夹持端的圆孔以及定位
盲孔相配合，可以防止试件在高应变率实验中滑脱，保证试件在实验过程中的受力状态稳
定，应力波波形完整。此外，本夹具与试验设备杆件之间的螺纹连接处使用生料带填充螺纹
间隙，可避免波形杂波。

[0047] 本发明相对于现有技术四，本夹具的连接方式简单稳固，本夹具之间无螺纹连接，加工要求低，不会出现螺纹间隙，不会出现在高应变率拉伸过程中因螺纹间隙导致的夹具
之间配合不紧固的问题，可以确保波形在传播过程中的完整性，定位圆柱与定位盲孔相互
配合，将试件夹在中间，可以防止试件滑脱，保证试件与夹具之间紧固。仅在装配时在试件
上表面涂胶，放置凹槽内没有涂胶，既使本夹具与试件之间更紧固，也避免了两面涂胶导致
试件装卸不方便。此外，本夹具与试验设备杆件之间的螺纹连接处使用生料带填充螺纹间
隙，可避免波形杂波。

附图说明

[0048] 图1为现有技术一的动态拉伸实验夹具的总体结构示意图；

[0049] 图2为现有技术一的动态拉伸实验夹具的主夹具的立体结构示意图；

[0050] 图3为现有技术一的动态拉伸实验夹具的夹片的立体结构示意图；

[0051] 图4为现有技术一的动态拉伸实验夹具的螺纹固定夹具的立体结构示意图；

[0052] 图5为现有技术二的霍普金森拉杆的使用状态图；

[0053] 图6为现有技术二的夹持装置的结构示意图；

[0054] 图7为图6中去除压块和螺栓的俯视图；

[0055] 图8为图6的右视图；

[0056] 图9为现有技术三的夹具装配的结构剖视图；

[0057] 图10为现有技术三的主夹具的结构示意图；

[0058] 图11为现有技术三的副夹具的结构示意图；

[0059] 图12为现有技术三的锁紧螺母的结构示意图；

[0060] 图13为现有技术三的试样示意图；

[0061] 图14是现有技术四的总体剖面的结构示意图；

[0062] 图15是现有技术四的主夹具的立体结构示意图；

[0063] 图16是现有技术四的副夹具的立体结构示意图；

[0064] 图17是现有技术四的螺纹固定夹具的立体结构示意图；

[0065] 图18是现有技术四的加强片的立体结构示意图；

[0066] 图19是现有技术四的装配结构示意图；

[0067] 图20为本发明提供的拉伸夹具的装配结构剖视图；

[0068] 图21为本发明提供的拉伸夹具的主夹具体的结构示意图；

[0069] 图22为本发明提供的拉伸夹具的副夹具体的结构示意图；

[0070] 图23为与本发明提供的拉伸夹具配套的片状试件的结构示意图；

[0071] 图24为本发明提供的拉伸夹具的装配示意图。

[0072] 本发明图中标号列表：1‑主夹具体，2‑副夹具体，3‑片状试样，4‑试验设备杆件，5‑圆柱体状螺纹杆，6‑定位卡槽，7‑定位凸块，8‑放置凹槽，9‑定位圆柱，10‑定位卡块，11‑定
位凹槽，12‑定位盲孔，13‑定位圆孔。

具体实施方式

[0073] 下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域
技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的
范围。

[0074] 参阅图20‑24，本发明提供一种结构简单、装配方便、加工要求低的分离式霍普金森拉杆片状试件动态拉伸试验夹具，有效解决试验过程中片状试件滑脱，保证夹具与试件
紧固的稳定性，保证试验过程中波形传播完整性，避免对应力波的干扰，有效提高试验数据
精度。

[0075] 分离式霍普金森拉杆薄片试件的拉伸夹具，包括两个主夹具体1和副夹具体2；所述主夹具体1为半圆柱状，所述主夹具体1在半圆切面设有固定块(图中未标注)和定位凸块
7，所述固定块与所述定位凸块7之间形成定位卡槽6，所述主夹具体1在半圆切面开设有用
于放置片状试件3的放置凹槽8，所述放置凹槽8包括长方体部分和倒角部分，所述倒角部分
贯穿所述主夹具体1远离所述固定块的一端，所述放置凹槽8在长方体部分的中心处设有定
位圆柱9；所述副夹具体2为半圆柱状，所述副夹具体2在半圆切面开设有与所述定位凸块7
配合的定位凹槽11，所述副夹具体2在定位凹槽11处的凸起为定位卡块10，所述定位卡块10
与所述定位卡槽6配合，所述副夹具体2在半圆切面开设有与所述定位圆柱9配合的定位盲
孔12。

[0076] 主夹具体1上的定位圆柱9和副夹具体2上的定位盲孔12相互配合连接；具体为，定位圆柱9和片状试件3上的定位圆孔13以及定位盲孔12相互配合，可以避免试件3在高应变
率拉伸试验中出现滑脱，保证本夹具与试件3的紧固程度。这种定位方式不会有螺纹定位方
式可能会产生的螺纹间隙，可以保证波形在传播过程中的完整性较好。

[0077] 在一些实例中，将本夹具中主夹具体1与副夹具体2之间相配合的定位凸块和定位凹槽替换为定位圆柱和定位盲孔，也在本发明的保护范围内。

[0078] 在一些实例中，将本夹具中定位主夹具体1、副夹具体2和片状试件3所用的定位圆柱9和定位盲孔12替换为多个定位圆柱9以及定位盲孔12，或将定位圆柱9和定位盲孔12的
位置对调(即将定位圆柱9设在副夹具体2上，定位盲孔12设在主夹具体1上)，也在本发明的
保护范围内。

[0079] 在一些实例中，所述主夹具体1与所述副夹具体2相配合后为一个完整的圆柱体结构；在安装所述固定块和所述定位凸块7后，所述主夹具体1的截面为F状。

[0080] 在一些实例中，所述固定块在远离所述定位凸块7的一侧面设有与试验装置的入射杆和透射杆连接的圆柱体状螺纹杆5；优选的，固定块为圆柱状，其位于主夹具体1的一
端，且固定块与主夹具体1一体结构；具体地，圆柱体状螺纹杆5安装在固定块的中心，且圆
柱体状螺纹杆5的中心轴与主夹具体1的半圆心轴重合。

[0081] 在一些实例中，所述圆柱体状螺纹杆5的直径与试验设备杆件4的内螺纹直径相同，螺纹规格为M10；所述主夹具体1与副夹具体2配合形成的圆柱体结构的直径与霍普金森
拉杆的入射杆和透射杆的直径保持一致，其直径均为19mm；可保证夹具结构与试验装置入
射杆和透射杆的一致性较好，减少对应力波传播的干扰，提高试验效果。

[0082] 在一些实例中，所述圆柱体状螺纹杆5与所述固定块之间设有连接圆柱(图中未标注)，所述连接圆柱的一端与所述圆柱体状螺纹杆5固定连接，其另一端与所述固定块固定
连接，所述连接圆柱的高度为2mm，所述圆柱结构的直径为7mm。

[0083] 在一些实例中，所述试件3为片状哑铃形试件，所述试件3在夹持端中心处开设有与所述定位圆柱9相配合的定位圆孔13；所述试件3的厚度和所述放置凹槽8的深度均为
2mm。

[0084] 在一些实例中，在装配好所述主夹具体1与副夹具体2后，所述定位圆柱9的顶面与所述定位盲孔12的底面之间有1mm的距离；这样可以避免由于加工精度问题导致主夹具体1
上的定位圆柱9和副夹具体2上的定位盲孔12相互不配合的问题。

[0085] 在一些实例中，圆柱体状螺纹杆5与杆件4螺纹连接处的螺纹间隙用生料带填充，消除由于螺纹连接导致的波形杂波。

[0086] 本夹具的结构装配(如图24所示)：

[0087] 1)将主夹具体1与试验设备杆件4通过圆柱体状螺纹杆5连接，连接方式为螺纹连接，螺纹连接处的螺纹间隙用生料带填充，以消除波形杂波。

[0088] 2)将片状试件3放入主夹具体1的放置凹槽8内，试件3的定位圆孔13与定位圆柱9相配合；

[0089] 3)将副夹具体2的定位卡块10与主夹具体1的定位卡槽6相配合、副夹具体2的定位凹槽与11与主夹具体1的定位凸块7相配合、副夹具体2的定位盲孔12与主夹具体1的定位圆
柱9相配合，使主夹具体1与副夹具体2配合成一个完整的圆柱体结构，圆柱体结构的直径与
试验设备杆件4的直径相同，确保本夹具与试验设备杆件4的一致性较好，减少对应力波传
播的干扰，提高试验效果。

[0090] 本夹具的实验操作方法，包括以下步骤：

[0091] 1)检查应变片是否贴好，应变片分别设置在入射杆和透射杆上；调节入射杆与透射杆的水平度和同轴度，确保杆件4保持水平并且同轴；检查电源是否安全，接紧接地线。

[0092] 2)将本夹具与试验设备杆件4通过圆柱体状螺纹杆5连接起来，为了确保夹具与杆件4能紧密连接，并消除由于螺纹连接导致的波形杂波，在螺纹连接处用生料带耦合固紧。

[0093] 3)再次检查入射杆和透射杆的水平度和同轴度，避免由于生料带造成的误差。

[0094] 4)将试件3放入放置凹槽8内，试件3的定位圆孔13与定位圆柱9相配合；试件3放入放置凹槽8后，在试件的上表面涂高强度胶，将主夹具体1、副夹具体2以及试件3粘在一起；
主夹具体1与副夹具体2装配起来之后，形成一个与试验设备杆件4直径相同的圆柱体结构。

[0095] 5)检查入射杆和透射杆和本夹具的水平度和同轴度，确保杆件4和本夹具水平且同轴。

[0096] 6)将试验设备的撞击杆捅入霍普金森拉杆的炮管内，打开应变仪、数据采集系统以及数据采集软件。

[0097] 7)再次检查分离式霍普金森拉杆系统是否准备完毕。开启充气阀门，对气缸充气直至达到试验所需压力。

[0098] 8)点击数据采集软件的数据采集按钮，把拉杆系统的开关扳向发射位置，撞击杆发射出去，进行高应变率动态拉伸试验，研究不同应变率对材料动态拉伸力学性能的影响。

[0099] 本发明相对于现有技术一，本夹具装配简单方便，加工要求较低，且试件3与本夹具之间没有螺纹连接，不存在干扰应力波传播的螺纹间隙，不会出现因螺纹间隙导致的夹
具之间配合不紧固的问题，可以确保波形在传播过程中的完整性，主夹具体1上的定位圆柱
9与副夹具体2上的定位盲孔12相互配合，将试件3夹在中间，可以防止试件滑脱，保证试件3
与夹具之间紧固。此外，本夹具与试验设备杆件之间的螺纹连接处使用生料带填充螺纹间
隙，可避免波形杂波。

[0100] 本发明相对于现有技术二，主夹具体1上的定位圆柱9与副夹具体2上的定位盲孔12相互配合，将试件3夹在中间，可以防止试件滑脱，且本夹具的主、副夹具体之间没有螺纹
连接，不会出现螺纹间隙，因此在高应变率拉伸过程中本夹具对试件的夹紧状态较为稳定，
不会因螺纹间隙使夹具对试件的紧固出现松动，试件在拉伸方向的受力面变化较小，应力
波波形在传播过程中较完整，得到的数据精度较高。

[0101] 本发明相对于现有技术三，主夹具体1与副夹具体2之间装配简单稳固，且无螺纹连接，不会出现螺纹配合之间易出现间隙的问题，且定位圆柱9与试件3夹持端的定位圆孔
13以及定位盲孔12相配合，可以防止试件3在高应变率实验中滑脱，保证试件3在实验过程
中的受力状态稳定，应力波波形完整。此外，本夹具与试验设备杆件之间的螺纹连接处使用
生料带填充螺纹间隙，可避免波形杂波。

[0102] 本发明相对于现有技术四，本夹具的连接方式简单稳固，本夹具之间无螺纹连接，加工要求低，不会出现螺纹间隙，不会出现在高应变率拉伸过程中因螺纹间隙导致的夹具
之间配合不紧固的问题，可以确保波形在传播过程中的完整性，定位圆柱9与定位盲孔13相
互配合，将试件3夹在中间，可以防止试件3滑脱，保证试件3与夹具之间紧固。仅在装配时在
试件上表面涂胶，放置凹槽8内没有涂胶，既使本夹具与试件之间更紧固，也避免了两面涂
胶导致试件装卸不方便。此外，本夹具与试验设备杆件之间的螺纹连接处使用生料带填充
螺纹间隙，可避免波形杂波。

[0103] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本
文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进
行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围
内。