SHPB實驗技術若干問題研究.pdf

1、SHPB實驗系統(tǒng)是廣泛應用的測試材料動態(tài)力學性能的裝置，在文獻調研的基礎上指出，為了提高SHPB實驗結果的精度和可比性，應對SHPB實驗技術做進一步的研究。圍繞上述目的，以金屬材料為研究對象，本文對SHPB實驗技術做了以下幾個方面的研究：試件慣性效應與界面摩擦效應的綜合分析；波導桿與試件阻抗匹配關系的研究；SHPB系統(tǒng)端面平行度加工要求分析；試件與波導桿應力應變均勻性分析；恒應變率實驗技術研究以及其他實驗方法探索。 ①試件慣性效

2、應與界面摩擦效應的綜合分析。通過綜合分析在SHPB系統(tǒng)圓柱形試件的慣性效應、試件與波導桿端面摩擦效應對實驗結果的影響，給出一個新的理論分析模型，用以修正Gorham(1989)所得的慣性效應分析公式。在此基礎上，歸納出為提高SHPB實驗結果精度，SHPB實驗應遵循的幾個要求。并對SHPB試件設計中(特別是大應變情況)試件尺寸比例的設計作了進一步的分析，獲得了試件設計時應滿足的尺寸比要求。 ②波導桿與試件阻抗匹配關系研究。通過將試

3、件看作為一個剛度系數(shù)變化的彈簧，建立了一個理論模型，并進行了相應的分析工作。為SHPB系統(tǒng)波導桿和試件的材料和尺寸應當如何選擇才滿足阻抗匹配適度的要求提供依據(jù)。提出了可反映波導桿與試件阻抗匹配關系的無量綱參數(shù)α和β，并給出了波導桿與試件阻抗適度匹配所要求的α和β的耿值范圍。 ③SHPB系統(tǒng)端面平行度加工要求分析。通過數(shù)值計算，分析了SHPB系統(tǒng)的端面平行度對測試結果的影響，進而獲得了實際加工過程中對系統(tǒng)端面平行度的量化要求。另外

4、，根據(jù)計算結果，還可對實驗中的測試方法的選擇，以及實驗中異常波形的分析提供有益的指導。 ④試件與波導桿應力應變均勻性分析。通過三維數(shù)值模擬，在理想接觸狀態(tài)下，分別對SHPB系統(tǒng)中試件為彈性和彈塑性材料情況時，試件與波導桿的應力應變均勻性問題進行了分析，重點分析了試件為彈塑性材料時的情況。通過改變試件直徑與波導桿直徑之比、試件材料的彈性模量、屈服強度和硬化模量，研究了試件與波導桿橫截面積及材料性能不一致對試件與波導桿的應力應變均勻

5、性的影響，獲得了滿足試件應力和應變均勻性要求的試件直徑與波導桿直徑的比值，并簡單分析了SHPB實驗數(shù)據(jù)處理方法計算所得的結果與試件單元輸出結果之間的關系。 ⑤恒應變率實驗技術研究。提出了兩套可實現(xiàn)試件恒應變率加載的實驗方法，并通過實驗和數(shù)值模擬手段進行了相應的驗證和分析工作，揭示了應變率時間歷程對材料應力應變曲線的影響，指出了只使用平均應變率來表征材料動態(tài)應力應變曲線的不足，在材料動態(tài)實驗及相應的本構關系的研究中應當重視應變率歷

6、史效應。在實現(xiàn)恒應變率加載的條件下，會使實驗結果具有更好的可比性及一致性。 ⑥其他實驗方法探索。對小直徑(直徑小于或等于5mm)SHPB實驗方法和直接撞擊Hopkinson桿(DIHPB)實驗方法進行了研究，獲得了幾種材料應變率達到104s-1的動態(tài)壓縮應力應變曲線，指出了需進一步研究的問題。另外，通過利用柱錐形子彈代替圓柱形子彈有效地延長了入射脈沖卸載段的長度，初步探索了一種利用SHPB系統(tǒng)來研究材料動態(tài)卸載響應的實驗方法。