动态真三轴电磁霍普金森杆多维调节支撑装置及方法

本发明涉及高端设备制造领域，尤其涉及基于激光对中的动态真三轴电磁霍普金斯杆多维调节支撑装置及调节方法。

背景技术：

1、岩石在中高应变率（101s-1~103s-1）条件下的动态力学响应研究一般采用分离式霍普金森杆，专利号zl201811602351.4和us 11703433 b2的发明提供了动态真三轴电磁霍普金森杆实验测试系统及测试方法，可在三轴六向同步向六根入射杆施加同步动态应力波，六个应力波到达试样六个加载端面的时间误差可控制在5 μs之内，并且该试样测试系统在施加应力波的同时可以在三个轴向施加真三轴静载，从而实现在真三轴静载加载下的三轴六向同步动态冲击加载，但此动态真三轴电磁霍普金森杆实验测试系统与传统的气动霍普金森杆有所不同，传统的气动霍普金森杆通常采用的是圆形横截面杆作为加载波导杆，而动态真三轴电磁霍普金森杆实验测试系统采用的是方形横截面杆作为加载波导杆。由于实验要求多轴多向应力波同时到达试样端面，因此对波导杆的调平对中有高精度要求。而在较高动荷载作用下，波导杆振动较大，容易导致波导杆出现俯仰、平移甚至轴向旋转等多维错动，导致波导杆端面无法与试样表面完全贴合，以及试样各轴向方形横截面波导杆非对中对齐。而现有支撑装置既无法对方形横截面波导杆实现多维多角度的精确调节，尤其是无法沿波导杆中心轴线方向进行旋转调节，又无法保证波导杆在加载过程中的稳定性，因而无法保证试验荷载的有效加载，影响实验结果的有效性与准确性。因此有必要对现有动态真三轴电磁霍普金森杆实验测试系统的波导杆支撑装置进行改进和提升，保证加载波导杆多维多角度可调节，且易于调节；并在高应变率加载下具有一定的稳定性，保证实验精度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中问题，本发明提供了动态真三轴电磁霍普金森杆多维调节支撑装置，其包括左独立升降柱旋钮、右独立升降柱旋钮、支座顶杆调节螺丝、支座顶杆、支座顶杆增滑材料、左独立升降柱定位螺母、右独立升降柱定位螺母、两个支座框架柱、侧向偏移机构锁定旋钮、侧向偏移机构调节旋钮、左独立升降柱、右独立升降柱、支撑滚轴、左支撑滚轴固定夹片、支座底板、支座底板固定螺丝、左独立升降柱传动螺母、右独立升降柱传动螺母、两个滚轴支杆、支撑滚轴轴承、独立升降柱固定螺丝、支座底板滑槽、右支撑滚轴固定夹片；

2、两个支撑滚轴轴承置于滚轴支杆上，右侧的支撑滚轴轴承的右边固定所述右支撑滚轴固定夹片，支撑滚轴置于支撑滚轴轴承上，支撑滚轴能够在滚轴支杆上自由旋转，右支撑滚轴固定夹片保证支撑滚轴右侧不发生水平方向的偏移；

3、左支撑滚轴固定夹片是一个卡簧，左支撑滚轴固定夹片套在滚轴支杆上，左支撑滚轴固定夹片紧贴支撑滚轴的左侧，对支撑滚轴限位；

4、左独立升降柱以及侧向偏移机构锁定旋钮从内到外设置于滚轴支杆上，右独立升降柱以及侧向偏移机构调节旋钮从内到外设置于滚轴支杆上；侧向偏移机构调节旋钮和滚轴支杆的右端为固定连接；

5、两个支座框架柱分别与左独立升降柱、右独立升降柱嵌套，左独立升降柱定位螺母、左独立升降柱、左独立升降柱传动螺母与左独立升降柱旋钮底端连接，右独立升降柱定位螺母、右独立升降柱、右独立升降柱传动螺母与右独立升降柱旋钮底端连接；

6、支座框架柱通过独立升降柱固定螺丝安装至支座底板上，支座底板滑槽通过支座底板固定螺丝安装至支座底板上；

7、支座顶杆上设有螺丝孔，支座顶杆和支座顶杆增滑材料固定连接，支座顶杆和支座顶杆增滑材料的整体通过支座顶杆调节螺丝固定在支座框架柱上。

8、作为本发明的进一步改进，所述支座顶杆和支座顶杆增滑材料为一体设计。

9、作为本发明的进一步改进，侧向偏移机构调节旋钮和滚轴支杆的右端由胶水固定或用卡合的方式固定。

10、动态真三轴电磁霍普金森杆多维调节方法，利用上述任意一项所述的动态真三轴电磁霍普金森杆多维调节支撑装置以及激光对中装置，进行动态真三轴电磁霍普金森杆的多维调节，所述激光对中装置包括激光发射器、激光发射器底座、激光水平滑轨、激光竖向柱状轨道、激光竖向定位旋钮、激光水平定位旋钮；激光水平滑轨套设在两根激光竖向柱状轨道上，通过激光竖向定位旋钮进行固定；两个激光发射器设置在激光发射器底座上，激光发射器底座在激光水平滑轨能够滑动，通过激光水平定位旋钮进行固定；

11、试验装置置于水平十字支撑平台上，该平台包括x+向支撑平台、x-向支撑平台以及中心支撑平台；具体方法如下：

12、步骤1：支撑装置的安装：进行实验前，先将x+向支撑装置通过支座底板滑槽安装到x+向辅助滑轨上；将x-向支撑装置通过支座底板滑槽安装到x-向辅助滑轨上；将x+向波导杆放置在x+向支撑装置上；将x-向波导杆放置在x-向支撑装置上；

13、步骤2：对x+向波导杆进行对中调节：通过初步调节x+向支撑装置上的左独立升降柱旋钮、右独立升降柱旋钮及侧向偏移机构调节旋钮，使得靠近x+向电磁脉冲枪的x+向波导杆端面处于x+向电磁脉冲枪的电磁脉冲枪放大器的圆形端面范围内，完成对中调节；

14、步骤3：对激光对中装置进行安装与调节：将x+向激光对中装置安装至x+向激光装置支撑框架上；对激光对中装置进行调节时，将x+向电磁脉冲枪支撑底座沿x+向辅助滑轨1向x+向围压加载端挡板方向移动，调节激光对中装置，使得x+向激光发射器发出的两束激光从x+向波导杆的横截面上边缘任一端点沿波导杆轴线方向平行射出；

15、步骤4：在x+向波导杆靠近中心框架的一端安装定位挡板，保证定位挡板与波导杆垂直且接触面完好贴合，此时以两束激光线为参考开始对x+向波导杆进行调平调节；

16、步骤5：对x+向支撑装置进行锁定；当激光束在定位挡板上的投影点与该处定位挡板上的激光接收点完全重合时，激光接收点是指波导杆顶面与定位挡板接触面的左右两端点，锁上侧向偏移机构锁定旋钮，保证波导杆在水平方向上固定；将左独立升降柱定位螺母以及右独立升降柱定位螺母分别与左右两个支座框架柱拧紧，调节支座顶杆调节螺丝使得支座顶杆增滑材料刚好接触波导杆顶部，保证波导杆在垂直方向也无明显晃动，此时x+向支撑装置安装完毕；

17、步骤6：复位：将x+向激光对中装置的激光竖向定位旋钮和激光水平定位旋钮解锁，调节激光发射器位置移动至x+向电磁脉冲枪枪头上方，上方：为激光水平滑轨的底端高于x+向电磁脉冲枪的枪头的高度时，再将其激光竖向定位旋钮和激光水平定位旋钮锁定，并将x+向电磁脉冲枪支撑底座沿x+向辅助滑轨向x+向波导杆方向移动至初始位置，此时x+向波导杆端部应与x+向电磁脉冲枪上的电磁脉冲枪放大器端面对中贴合良好；

18、步骤7：同理，对x-向波导杆进行调节，将y轴向和z轴向按照x轴向的调节方式进行重复操作，直至所有轴向均完成支撑装置的安装及波导杆对中调平后，开始进行试验。

19、作为本发明的进一步改进，步骤2中，对x+向波导杆进行对中调节后，由左独立升降柱定位螺母、右独立升降柱定位螺母暂时锁定。

20、作为本发明的进一步改进，步骤3中，对激光对中装置进行安装时，首先将可拆卸支撑框架固定螺丝解锁，可拆卸支撑框架取出，然后将x+向激光对中装置安装至x+向激光装置支撑框架上，将x-向激光对中装置安装至x-向激光装置支撑框架上，并用激光竖向定位旋钮进行暂时锁定，随后再把可拆卸支撑框架装回原位，锁定可拆卸支撑框架固定螺丝，至此x轴向激光对中装置完成安装。

21、作为本发明的进一步改进，步骤3中，对激光对中装置进行调节时，将激光竖向定位旋钮和激光水平定位旋钮解锁，并通过调节激光水平滑轨在激光竖向柱状轨道上的位置以及激光发射器底座在调节激光水平滑轨上的位置，使得x+向激光发射器发出的两束激光从x+向波导杆的横截面上边缘任一端点沿波导杆轴线方向平行射出，然后锁定激光竖向定位旋钮和激光水平定位旋钮。

22、作为本发明的进一步改进，步骤4中，对波导杆进行调平调节时，当波导杆在水平方向存在偏移时，通过解锁支撑装置上的侧向偏移机构锁定旋钮，转动侧向偏移机构调节旋钮来调整支撑滚轴位置从而进行校正；当波导杆在沿其中心轴线方向存在倾角时，通过同步调节各个支座的左独立升降柱旋钮以及右独立升降柱旋钮，使其分别控制左独立升降柱传动螺母带动左独立升降柱进行升降操作，右独立升降柱传动螺母带动右独立升降柱进行升降操作，从而实现该倾角的校正；而当波导杆在沿其中心轴线方向存在旋转角度时，则通过异步调节各个支座的独立升降机构来进行该旋转角度的校正。

23、作为本发明的进一步改进，进行试验时，将试样置于x+向波导杆和x-向波导杆中间，再操作调整x向围压加载作动器保证x+向波导杆和x-向波导杆靠近中心框架的端面与试样端面紧密贴合，确认波导杆对中程度良好之后开始加载；由x+向电磁脉冲枪和x-向电磁脉冲枪分别向x+向波导杆和x-向波导杆发射应力波，应力波经由波导杆到达波导杆-试样界面时产生透射以及反射现象，经由对面入射波传来的透射波以及本方向的入射波产生的反射波叠加后沿波导杆向电磁脉冲枪方向传播。

24、作为本发明的进一步改进，步骤5中，在确保波导杆能够在沿其中心轴线方向自由滑动，并保证水平方向无明显晃动后锁上侧向偏移机构锁定旋钮。

25、本发明的有益效果是：

26、本发明能够提高对波导杆的支撑稳定性，能够明显减少每次电磁霍普金森杆冲击后波导杆产生的径向位移，较好的解决现有支撑装置无法固定方形横截面波导杆位置的问题；

27、能够实现径向角度与偏移的粗调和微调，实现了沿方形横截面波导杆中心轴线方向的旋转调节从无到有；

28、能够借助激光对中装置明显提高方形横截面波导杆的调节效率与对中精度。

29、具体如下：

30、传统气动霍普金森杆装置所采用的圆形横截面波导杆支撑装置无法对方形横截面波导杆进行轴向旋转调节，且无法限制方形横截面波导杆的侧向位移，使得方形横截面波导杆的可调节性以及支承稳定性较差。采用传统霍普金森杆的圆形横截面波导杆支撑系统不仅将大大增加方形横截面波导杆的对中调节难度，消耗过多的人力物力，还将导致实验数据不准确，降低实验精度。因此考虑到方形横截面波导杆对径向角度的精度要求以及高应力下的加载稳定性，本发明改进了传统的圆形横截面波导杆支撑系统，使其成为一种专门应用于动态真三轴电磁霍普金森杆试验测试系统的方形横截面波导杆的支撑装置，以解决现有支撑装置无法固定及灵活调整方形横截面波导杆的位置、角度以及加载稳定性差的问题，并结合一种激光装置对整个波导杆调平对中过程进行实时辅助检测，大大提高对中调节效率与调节精度。

31、试验开始之前，在各加载轴滑轨上安装3套（优选）本发明所述支撑装置，然后将方形横截面波导杆置于支撑滚轴上，任意选择一个轴向方向，调节该轴向方向上支座的独立升降机构及侧向偏移机构，直至靠近电磁加载枪的波导杆端面处于电磁脉冲枪放大器圆形端面中心处，完成对中调节。然后将该方向的电磁脉冲枪支撑底座沿辅助滑轨向围压加载端挡板方向移动，并将激光竖向定位旋钮和激光水平定位旋钮解锁。通过调整激光发射器底座在激光水平滑轨上的位置以及激光水平滑轨在激光竖向柱状轨道上的位置，使得两束激光（两束激光的间距等于方形横截面波导杆边长）从波导杆横截面上边缘任一端点沿波导杆轴线方向水平射出。此后将激光竖向定位旋钮和激光水平定位旋钮锁定，同时在该轴向波导杆另一端安装定位挡板，保证定位挡板与波导杆垂直且接触面完好贴合，此时以两束激光线为参考开始对波导杆进行调平调节。

32、预想结果为：电磁发射枪将应力波通过前端电磁脉冲枪放大器输入方形横截面波导杆，入射杆到达试样边界面时形成反射波，反射波再通过波导杆返回到达电磁脉冲枪放大器端面。在此过程中，方形横截面波导杆在支撑装置上自由滑动，且本身不会产生较大的晃动。若在多次高应力加载后方形横截面波导杆出现偏离错位的情况，则辅以激光对中装置对支撑装置进行微调使得方形横截面波导杆的水平对中情况符合试验标准即可进行后续试验。