本发明涉及试样材料性能测试，具体涉及一种试样残余动能测量装置及方法。
背景技术：
1、在隧道开挖中，尤其是隧道爆破中，岩石的力学性质对于隧道施工具有极其重要的指导意义，工程中往往根据岩石的力学性质设计施工方案，例如根据岩石的峰值动态应力等力学性质确定单孔含药量、爆破眼的位置等，因此，确定岩石的动态力学性质对于隧道工程尤为重要。
2、在以往研究中，主要通过霍普金斯杆实验测得试样的动态力学性质，霍普金斯杆实验装置主要在入射杆端施加冲击荷载，通过三波法计算出试样材料的动态力学性质，但霍普金斯杆实验中，由于没有测量试样碎片残余动能的有效方法，通常忽略该部分动能。而准确获得碎片残余动能可更好理解岩石的破碎机制和破碎过程，以碎片残余动能作为隧道岩石面受到冲击爆破产生破碎效果的一个重要指标，有助于优化隧道爆破施工工艺，提高岩面破碎效率，减少不必要的能耗。
3、此外，岩石爆破中，碎石的平均抛飞距离对于工程有着重要作用，良好的抛飞距离将会缩短工期并提高隧道施工的安全性，而霍普金斯杆实验对于碎石的平均抛飞距离方面的研究目前仍处于空白阶段。
4、然而岩石破碎后，其碎片动能和平均抛飞距离是隧道工程的重要参数，根据其给出相关的工程规范，对相关工程进行指导将极大的缩短工期节约成本，并提高隧道施工安全性，因此非常有必要发展一种测量霍普金斯杆实验试样残余动能的装置及方法。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种能测得霍普金斯杆实验试样碎片动能的试样残余动能测量装置及方法，具体技术方案如下：
2、本发明提供一种试样残余动能测量装置，用于测量试验过程中霍普金斯杆试验组件的试样的残余动能，霍普金斯杆试验组件包括试样、入射杆和透射杆，所述试样抵接于所述入射杆加载端和所述透射杆加载端之间，试样残余动能测量装置包括安装主体和至少四个测量单元；
3、所述安装主体内形成有安装空间；
4、所述测量单元包括活页和测量组件，所述测量组件包括两个测量单件，所述测量单件包括弹性杆结构、夹持头和应变片；
5、所述弹性杆结构以所述安装空间的中心为圆心呈径向设置，且所述弹性杆结构的一端与所述安装主体连接，另一端与所述夹持头连接；
6、所述应变片设置于所述弹性杆结构靠近所述夹持头的一端；
7、所述活页连接于两个所述测量单件的所述夹持头之间，且各所述测量单件的所述夹持头配合以包裹所述试样、所述入射杆加载端和所述透射杆加载端。
8、可选地，所述弹性杆结构包括弹性件和连接于所述弹性件两端的连接件，所述连接件包括相连接的轴承和球阀，所述轴承和所述球阀同轴设置，所述轴承与所述弹性件连接，所述弹性件两端的所述球阀分别与所述安装主体和所述夹持头连接；所述应变片设置于靠近所述夹持头的所述轴承上；所述夹持头上形成有与所述试样轮廓相匹配的夹持面。
9、可选地，所述测量组件的数量至少为两个，两个所述测量组件沿所述试样的长度方向间隔设置。
10、可选地，所述试样残余动能测量装置还包括应变仪，各所述测量单件的所述应变片均与所述应变仪电连接；所述安装主体为圆环状结构。
11、本发明还提供一种试样残余动能测量方法，采用如所述的试样残余动能测量装置进行测量，包括如下步骤：
12、s1：组装试样残余动能测量装置和霍普金斯杆试验组件；
13、s2：在入射杆端施加冲击荷载使试样炸裂，使得试样碎片撞击夹持头使弹性杆结构发生形变，应变片的电阻发生变化，并通过应变仪测量获得电压信号值；
14、s3：根据电压信号值计算得到试样炸裂后试样碎片的动能；
15、s4：计算试样在指定高度下的平均抛飞距离。
16、可选地，所述s3包括：
17、s3.1、根据电压信号值计算应变信号，具体计算公式为：
18、；
19、其中：为弹性杆结构上的应变信号，为应变仪记录的电压信号数据，为电桥电压，为应变片敏感系数，为应变放大系数；
20、s3.2：计算试样炸裂后试样碎片的动能，具体计算公式为：
21、；
22、；
23、其中：为理论动能，为实际动能；为弹性杆结构的横截面积，为弹性杆结构的弹性模量，为应力波在弹性杆结构中的传播速度；为应变片采集的时长；为时刻弹性杆结构上的应变信号的平方；；为动能纠正系数。
24、可选地，s4中平均抛飞距离的具体计算公式为：
25、；
26、其中：为试样在指定高度下的平均抛飞距离，为试样的离地高度，为碎石重量， 为重力常数。
27、可选地，所述s1包括：
28、s1.1、选取试样，并将试样设置于入射杆加载端与透射杆加载端之间；
29、s1.2、组装测量单元；
30、s1.3、将四个测量单元安装于安装主体上，并使四个测量单元的夹持头配合以包裹所述试样、所述入射杆加载端和所述透射杆加载端；
31、所述s1.2中，应变片粘贴于距离与所述弹性件为90mm-110mm处；将试样包裹于安装空间之前需对试样的端面和侧面进行研磨，直至所述试样两端的不平行度不小于0.02mm，且所述试样的侧面与端面的不垂直度不小于0.02mm。
32、本发明在试样、入射杆加载端及透射杆加载端处添加试样残余动能测量装置，在试验过程中，对试样施加冲击荷载，试样吸收入射杆端的应力波能量使得试样内部裂隙迅速发育从而破碎，由于试样破碎并未耗尽其吸收的应力波能量，其残余应力波能量转化为试样碎片的动能，试样碎片撞击夹持头，使得试样碎片的动能转化为夹持头的应力波能量和热能等，其中应力波能量占据了主导地位，其中应力波能量占据了主导地位迫使弹性杆结构产生微小变形，导致应变片电阻发生变化，并基于各测量单件中的应变片收集数据，从而能够计算得到霍普金斯杆试验试样残余动能，实验结果的精度及准确度可以得到保证。
33、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
1.一种试样残余动能测量装置，用于测量试验过程中霍普金斯杆试验组件(1)的试样(1.1)的残余动能，霍普金斯杆试验组件(1)包括试样(1.1)、入射杆(1.2)和透射杆(1.3)，所述试样(1.1)抵接于所述入射杆(1.2)加载端和所述透射杆(1.3)加载端之间，其特征在于，试样残余动能测量装置(2)包括安装主体(2.1)和至少四个测量单元(2.2)；
2.根据权利要求1所述的试样残余动能测量装置，其特征在于，所述弹性杆结构包括弹性件(2.2.2.1)和连接于所述弹性件(2.2.2.1)两端的连接件，所述连接件包括相连接的轴承(2.2.2.2)和球阀(2.2.2.3)，所述轴承(2.2.2.2)和所述球阀(2.2.2.3)同轴设置，所述轴承(2.2.2.2)与所述弹性件(2.2.2.1)连接，所述弹性件(2.2.2.1)两端的所述球阀(2.2.2.3)分别与所述安装主体(2.1)和所述夹持头(2.2.2.4)连接；所述应变片(2.2.2.5)设置于靠近所述夹持头(2.2.2.4)的所述轴承(2.2.2.2)上；所述夹持头(2.2.2.4)上形成有与所述试样(1.1)轮廓相匹配的夹持面。
3.根据权利要求2所述的试样残余动能测量装置，其特征在于，所述测量组件的数量至少为两个，两个所述测量组件沿所述试样(1.1)的长度方向间隔设置。
4.根据权利要求1至3任一项所述的试样残余动能测量装置，其特征在于，所述试样残余动能测量装置(2)还包括应变仪，各所述测量单件(2.2.2)的所述应变片(2.2.2.5)均与所述应变仪电连接；所述安装主体(2.1)为圆环状结构。
5.一种试样残余动能测量方法，采用如权利要求4所述的试样残余动能测量装置(2)进行测量，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的试样残余动能测量方法，其特征在于，所述s3包括：
7.根据权利要求6所述的试样残余动能测量方法，其特征在于，s4中平均抛飞距离的具体计算公式为：
8.根据权利要求5所述的试样残余动能测量方法，其特征在于，所述s1包括：
