SHPB循环冲击实验技术在岩石冲击动力学教学中的应用研究

该文通过将SHPB实验与岩石冲击动力学相关理论课程相结合的教学模式,提高学生对岩石冲击力学响应和能量演化特征的认知与理解,培养学生在科学实验方面的实际操作能力和严谨态度,发挥学生自主开展实验研究的主观能动性,提升教学效果。基于多学科交叉融合理念,联系科学研究热点问题,引导学生进一步思考并探索更多“SHPB+”,有助于培养学生的科研实践能力与思维创新精神。

SHPB试验技术在凿岩爆破工程教学中的应用

“凿岩爆破工程”课程是采矿专业实验教学的基础课程,对SHPB设备结构、实验过程、原理进行了介绍,让学生更加了解SHPB实验原理和岩石动力学参数的理论计算方法。通过借助SHPB装置与“凿岩爆破工程”理论课程相结合的教学方式,锻炼学生们的实践能力、理论应用能力及科研探索能力,提高学生对科研的兴趣,为大学生推开科研之路的第一扇门。

3D-DIC技术在SHPB实验教学中的应用与实践

为了优化传统分离式霍普金森压杆(SHPB)实验教学内容,帮助学生理解实验原理和变形概念,将三维数字图像(3D-DIC)相关技术引入到SHPB实验教学中。分析了SHPB实验原理和3D-DIC基本原理,介绍并演示了基于3D-DIC技术的SHPB实验流程,并以混凝土动态压缩实验为例,指导学生进行散斑场布置、动态实验和数据处理分析等。结合3D-DIC技术的动态压缩实验,获得了试样在动态荷载作用下的破坏过程,揭示了试样中裂纹的扩展及应变场的变化规律,弥补了应变片单点测量的不足,激发了学生的学习兴趣和主观能动性,加深了学生对动态力学中变形和破坏机理的理解,取得了较好的教学效果。

SHPB实验技术研究

霍普金森压杆(SHPB)实验技术作为材料动态力学性能测试的有效手段,广泛地应用于材料的动态力学性能研究.本文系统地综述了SHPB实验技术的研究进展,指出当前存在的主要问题,并在此基础上提出解决问题的基本思路与方法.具体包括实验技术的基本原理、实验装置及数据处理方法的改进;提出了直接法和数据解耦的方法处理应力不均匀问题、使用软介质的方法处理大直径杆的弥散效应问题、用数学计算的方法处理试件端面摩擦效应的问题.

SHPB实验数据库管理系统的开发和应用

在SHPB实验中,不仅获得的数据量众多,而且在数据记录和数据处理中重复性工作很多。本文采用DELPHI和ACCESS相结合开发出了SHPB试验数据库管理系统,它大大减少了材料动力学力学性能实验中的重复劳动,提高了实验的工作效率。同时利用该数据库强大的功能,还可以方便地对实验中的各种数据进行查询、筛选和分析,材料参数的使用提供方便。

SHPB冲击技术在岩石动态力学教学实验中的应用

利用霍普金森冲击压杆试验系统(SHPB)测量岩石在冲击荷载下的动态力学性能,开设自主探究性科研实验教学项目,让学生了解岩石动态力学性能与静态力学性能的区别,以及围压对动应力下岩石的有利作用,学习SHPB系统进行岩石动载实验的原理和理论方法,熟练掌握SHPB实验设备操作过程及数据处理方法。通过该教学实验,锻炼了学生的实践动手能力及科研素养,增强了学生科研创新与探索精神。

多孔硬脆性材料的SHPB实验技术

以SHPB实验技术中一维假定和应力均匀假定为基础,针对多孔硬脆性材料的力学特性,分析了利用传统SHPB装置在实验研究中存在的问题,并从入射杆和透射杆的选取、传感器的选取、试件参数的确定、入射波形的确定和数据处理方法的选取等方面总结了克服这些问题的技术和方法.

SHPB在节理岩石动力学性能分析中的可行性研究

探讨采用SHPB试验技术分析节理岩石动力学性能的可行性.通过节理岩石的冲击压缩试验,分析该试验中产生的相对误差对节理岩石应力和能量耗散结论的影响,剖析产生误差的根本原因,并在此基础上提出用12×1黄铜片作为波形整形器将震荡较大的矩形波整形为震荡较小的三角形波的改进方案,试样应力相对误差的试验验证显示46个试样的应力相对误差均在0.5%以下,表明整形后的三角形波或半正弦波分析节理岩石冲击应力是可行的.研究显示应力波中高频成分的消除和波类型的减少是弥散效应降低的根本原因.另外,当采用SHPB技术探讨节理岩石的能量耗散问题时,试验只要求在杆中传播的应力波处于一维状态,节理岩石处于一维还是多维应力状态对能耗值没有影响,尽管它的确处于三维应力状态.这为SHPB试验技术开辟了一条简单可行的应用新途径.

SHPB实验技术应注意的几类问题

系统地综述了SHPB实验技术原理和研究进展,指出当前SHPB实验技术应注意的几类问题,包括大直径压杆的弥散效应问题、应力不均匀性问题、端面摩擦效应问题、高温高应变率测试问题和SHPB实验数据处理问题,并在此基础上提出解决问题的基本思路与方法。

软材料和松散材料SHPB冲击压缩实验方法研究

针对采用SHPB装置研究泡沫等软材料和黄土、砂等松散介质的动态特性时存在的实验技术问题,提出利用钢套筒约束试件横向变形的方法,在SHPB冲击加载装置上实现材料准一维应变实验,研究了上述材料在准一维应变条件下的动态力学特性。本文同时指出,可以通过引入一约束系数描述试件一维应变条件的满足程度,并指出钢套筒的横向变形对实现试件一维应变的影响不大。在此基础上,进行了相关实验研究,说明了该实验技术能较好地满足软材料或松散介质力学性能研究工作的需要。

基于SHPB设备的本科生开放性创新实验探索

介绍了SHPB设备的基本结构及数据处理方法,指出了当前课内实验教学中存在缺乏理论知识支撑、实验学时较少等问题。开设了基于SHPB设备的开放性创新实验项目,学生通过自主设计实验方案并完成实验报告,能够掌握SHPB设备的基本原理与操作方法,并对金属材料的动态压缩变形行为和组织特征产生直观认识,提升实践能力和科研素质。

混凝土SHPB试验技术研究进展

介绍了SHPB的试验装置和原理,及其在混凝土动态力学性能测试中的发展历程,分析了混凝土SHPB试验中试件应力不均匀、大直径压杆的弥散效应、端面摩擦效应、试件惯性效应、波导杆与试件的阻抗匹配、试验数据处理的规范化等问题,并介绍了一些解决问题的方法,为混凝土SHPB试验技术的研究提供参考。

SHPB测试技术在采矿工程力学实验教学中的应用

分离式霍普金森压杆(SHPB)是冲击动力学推荐测试设备之一,该文对其在采矿工程力学实验教学中的应用进行了探讨。介绍了SHPB实验系统组成及基本原理,阐明了实验操作流程和实验数据处理方法,指出SHPB实验对操作规范的严格要求。同时对SHPB实验的相关前沿发展做了拓展延伸,分析了同步高速摄像和微观损伤测试与SHPB相结合的情况,有助于多学科之间的交叉融合,有利于提升学生的综合素质和创新能力。

SHPB技术在混凝土动态力学性能测试中的应用

介绍了SHPB实验技术的实验装置和基本原理,综述了SHPB应用于大直径试样时存在的问题及进展,为该方法应用于土木工程材料动态力学性能提供了可行的技术路线,具有一定指导意义。

爆破工程教学中材料动态力学性能实验及仿真实践

掌握岩石(体)在爆破动载作用下的动态力学响应是《爆破工程》课程的一项重要教学内容。由于土木或采矿类专业学生缺乏波动力学、岩石动力学等基础理论,采用讲授法讲解岩石动态力学特性的知识点时教学效果较差,影响后续的岩体破碎机理等内容的学习。为此,将岩石类材料的分离式霍普金森压杆实验(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)应用于《爆破工程》实践教学中,通过测定岩石动态压缩强度,观察试件破坏形态,引导学生理解岩石材料在不同应变率下的动态力学响应。运用有限元软件LS-DYNA对SHPB实验进行数值模拟,再现应力波传播和岩石破坏过程,达到动态冲击的演示功能。实践效果表明:这种教学方式使学生能够直观地感知应力波的传播过程,清晰地了解岩石动态破坏机理,掌握岩石类材料动态力学性能与应变率之间的关系,为进一步学习爆破工程理论奠定基础。

泡沫铝与聚氨酯泡沫铝吸能特性对比

目的研发既能有效抵抗爆炸载荷破坏,又具有自身质量轻、装拆方便的作战防护装备器材.方法将白料和黑料混合后将其倒入装有泡沫铝试件的密闭容器中进行发泡,打磨以后得到了聚氨酯泡沫铝的48个试件并分成四组,应用霍普金森装置设计了0.3 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa三种气压的动态冲击实验.结果经过对48个试件进行动力学测试,得到了三种应变率下的σ-ε曲线.经过转绘,得到了吸能曲线和理想吸能效率曲线.通过对吸能曲线和理想吸能效率曲线进行分析,得到材料的能量吸收特性.结论通过对材料吸能曲线的分析,表明在0.025~0.25内,其理想吸能效率基本保持在0.5~0.9水平,应变在0.1附近时,其吸能效率最高.即泡沫铝填充高分子泡沫材料聚氨酯后,其吸能特性有了很大程度的改善,证实了这种两相复合材料在抗冲击、吸能方面的优越性.

混凝土材料冲击压缩试验中的一些问题

本文简要介绍了在大直径(Φ74mm)直锥变截面式SHPB实验装置上进行混凝土试件冲击压缩实验方法,以及实验过程中出现的试件应力均匀性问题.对于由方波加载造成的试件内应力波反射次数不够,导致应力分布不均匀的问题,我们提出了波形整形的思想,将矩形波改造成三角波,增加试件破坏前的应力作用时间以获得应力均匀;对于由杆与试件接触不平引起的应力分布不均,我们设计了万向头加以消除.在此基础上进行了一系列试验并得出了一些结论.

胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性.对不同冲击速度(1.5,1.7,1.8,2.0 m/s)条件下4种配比胶结充填体(灰砂质量比分别为1∶4,1∶6,1∶8,1∶10),采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究.结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10%;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4,1∶6,1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238~0.336,0.274~0.413,0.391~0.547,0.473~0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.

砂岩Holmquist-Johnson-Cook模型参数确定

HJC模型在混凝土动态破坏数值模拟中应用广泛,但由于模型中包含参数较多,确定参数需要大量实验,目前缺乏准确可信的岩石材料HJC模型参数。为合理确定砂岩HJC模型参数,对取自四川威远的粉砂岩进行相关静力学实验,获得岩石的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度以及抗拉强度等参数。应用三轴压缩实验和单轴SHPB冲击实验,分别得到了该砂岩极限面参数、率效应参数、压力参数和损伤模型参数的取值。基于上述模型参数利用有限元程序LS-DYNA对粉砂岩SHPB冲击实验进行数值模拟,结果表明,实验和模拟的应力-应变曲线形态吻合较好,模拟得到的动态峰值强度和峰值应变与实验结果的平均误差均未超过10%,验证了该HJC模型参数实验测定方法的合理性和有效性。

研究材料动态卸载的一种实验方法

在SHPB实验数据分析的基础上,提出了用柱锥形弹丸代替纯柱形弹丸研究材料的动态卸载。用所提出的方法对LF6铝材的动态加、卸载响应进行了实验研究,结果表明:柱锥形弹丸可以有效地延长入射脉冲的卸载段,可用来研究材料动态卸载行为。