霍普金森压杆Hopkinson压杆测试技术

霍普金森压杆的雏形是在1914年由Hopkinson提出来的,当初只能够用来测量冲击载荷下的脉冲波形。1949年Kolsky对该装置进行了改进,将压杆分成两截,试样置于其中,从而使这一装置可以用于测量材料在冲击荷载下的应力-应变关系。由于这一装置采用了分离式结构,因而被称为分离式Hopkinson压杆,简称SHPB

霍普金森压杆的雏形是在1914年由Hopkinson提出来的,当初只能够用来测量冲击载荷下的脉冲波形。1949年Kolsky对该装置进行了改进,将压杆分成两截,试样置于其中,从而使这一装置可以用于测量材料在冲击荷载下的应力-应变关系。由于这一装置采用了分离式结构,因而被称为分离式Hopkinson压杆,简称SHPB(Split-Hopkinson-Pressure-Bar),或Kolsky杆。Kolsky还证实了试样的应力和应变与压杆位移之间的关系。该技术的理论基础是一维应力波理论,通过测定压杆上的应变来推导试样材料的应力-应变关系。经过国内外研究者几十年的努力工作, SHPB压杆试验技术已发展为获得材料在102~104s-1应变率范围内应力-应变关系的最主要试验手段。SHPB技术之所以能受到人们的重视,主要原因是该测试技术的优点十分突出,主要表现在:第一,该技术测量方法十分巧妙,成功的避开了要在试样同一位置上同时测量随时间变化的应力和应变的难题;第二,SHPB试验所涉及的应变率范围恰好包括了流动应力随应变率变化发生转折的应变率(102~104s-1);第三,入射波形易于控制,改变子弹的撞击速度及形状,即可调节入射脉冲波形,从而也调节了作用于试样上的波形。人们已经利用了这一优点在Hopkinson压杆上的基础上开展了动态拉伸、动态断裂等方面的研究工作。

1 动态压缩试验

1.1测试系统

传统的Hopkinson压杆测试系统包括有:加载系统、动态应变仪、数据记录与采集系统和数据分析计算系统,如图1所示。

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图1 分离式Hopkinson压杆实验原理图

1.2测试原理

Hopkinson压杆装置的核心部分是两段分离的弹性波导杆,即输入杆和输出杆,试样夹在两杆之间。加载脉冲由撞击杆撞击输入杆的端部产生。撞击杆在压气枪中由高压气体的推动作用被加速到一定的撞击速度,以此速度撞击输入杆的端部,产生一个持续时间取决于撞击杆长度的入射弹性压力脉冲。当初始的压力脉冲经撞击杆的自由端反射成为一个拉力脉冲并回到撞击面时,撞击杆就完成了对输入杆的卸载,因而在输入杆中将产生波长为撞击杆长度两倍的入射应力波。当输入杆中的入射应力波到达试样时,一部分由于杆和试样横截面积不等和波阻抗不匹配而反射回输入杆形成反射应力波,另一部分则穿过试样到达输出杆形成透射应力波,透射应力波再由吸收杆捕获,最后由能量捕收器吸收。装置见图如图1所示。


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  • 发表于 2017-09-19 18:54
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