霍普金森桿波形整形技術(shù)研究.pdf

1、在航空工業(yè)、航天工程、車輛工業(yè)、船舶工業(yè)、核工業(yè)以及其他的各種軍用或者民用工程領(lǐng)域中，工程材料和結(jié)構(gòu)除了受到自身重力，風載等載荷情況外，還將會遇到爆炸沖擊、高速碰撞等情況，這時工程結(jié)構(gòu)受到的是沖擊載荷。而在研究材料性能以及本構(gòu)關(guān)系時，傳統(tǒng)的材料力學實驗是在準靜態(tài)條件下進行的，由于實驗條件的限制，準靜態(tài)實驗不能獲得高應(yīng)變率下材料受到的應(yīng)力與應(yīng)變的對應(yīng)關(guān)系，也就是說普通的材料力學實驗難以獲得材料的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系。所以為了研究材料在高速沖擊載荷

2、作用下的力學性能，我們需要研制一套高效、精確的試驗設(shè)備用來確定材料在高應(yīng)變率下的本構(gòu)關(guān)系。1949年，Kolsky研制出了一種分離式霍普金森壓桿，該實驗設(shè)備廣泛應(yīng)用于多種材料在高應(yīng)變率下力學性能的測試，而對于某些特殊材料，例如混凝土、巖石、陶瓷、聚合物等軟材料和脆性材料，為了得到精確有效的實驗數(shù)據(jù)，需要利用波形整形技術(shù)對普通的霍普金森壓桿測試技術(shù)進行修正，使得在實驗過程中試樣以恒應(yīng)變率變形，同時確保試樣中應(yīng)力分布均勻。本文通過數(shù)值模擬的

3、研究方法，開展了對霍普金森壓桿設(shè)備以及霍普金森拉伸設(shè)備的波形整形技術(shù)的研究，探討了幾種不同的波形整形方法應(yīng)用于材料的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系的確定。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了霍普金森桿實驗設(shè)備國內(nèi)外的研究狀況，同時簡要說明了該設(shè)備的實驗原理以及動態(tài)測試方法，簡要說明了波形整形技術(shù)的概念，總結(jié)了國內(nèi)外學者對霍普金森桿設(shè)備的波形整形方法的研究成果，對碰撞沖擊的基本理論模型、動態(tài)實驗的測試方法進行了綜述性研究。⑵介紹了應(yīng)力波基礎(chǔ)理論，該理論

4、是霍普金森桿設(shè)備的理論基礎(chǔ)，霍普金森桿基本原理就是基于一維應(yīng)力波理論而得出的。利用應(yīng)力波理論解釋了應(yīng)力波在傳播過程中由于橫向慣性引起的彌散效應(yīng)，彌散效應(yīng)對于實驗的測試精確度有著較為明顯的影響，而通過波形整形的方法，可以減小應(yīng)力波傳播的彌散效應(yīng)，由此說明了在應(yīng)用霍普金森桿進行實驗時，對于應(yīng)力波整形是十分必要的。⑶利用數(shù)值模擬的方法，研究了基于霍普金森壓桿設(shè)備的波形整形技術(shù)，分析了模擬試樣法和利用紫銅材料作為波形整形器的波形整形方法，隨后提

5、出了利用球形波形整形器以及圓頭子彈撞擊入射桿的方法進行波形整形，改進了原有波形整形技術(shù)中的一些缺點。⑷利用數(shù)值模擬的方法，研究了基于霍普金森拉伸設(shè)備的波形整形技術(shù)，研究了影響霍普金森拉伸設(shè)備入射波形的主要因素，采用實驗的方法，探究率無關(guān)材料金屬短桿波形整形方法，該方法可以得到預(yù)期的入射波形，通過應(yīng)用套筒子彈的方法進一步對霍普金森拉伸設(shè)備進行改進，并且討論了吸收桿對于霍普金森拉伸設(shè)備中入射波形的影響，最后通過利用變截面套筒子彈的方法進一步