光纤Bragg光栅在分离式Hopkinson压杆实验中的应用

光纤Bragg光栅用于高频应变的测试是一个重要研究课题．文中介绍了其高频解调原理,探讨了光纤光栅传感器用于分离式霍布金逊压杆(SHPB)实验装置中应变测试的相关问题；推导了弹性杆中传播的应力波σ与传感光纤光栅中光波相位的变化量Δ(?)之间的关系式,进而建立了含有光纤光栅传感变化量的弹性杆应力波计算公式；构建了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试系统,对中心波长分别为1550nm和1545nm的裸光纤光栅传感器以及应变片,两种传感器粘贴在被撞击弹性杆(输入杆)表面测试应变的情形进行了比较研究,给出了实验结果．研究表明,光纤Bragg光栅在高频动态应变测量中具有很好的应用潜力和前景,测试方法和结论对于光纤Bragg光栅在高频动态应变的实际测试中具有积极意义．

基于激光干涉测试技术的分离式Hopkinson压杆实验测试系统

分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验的传统测试技术是基于应变片的电测技术,测试结果的可靠性强烈依赖于应变片与杆之间粘贴质量,受到人为因素的影响较大。本文中采用基于多普勒频移原理的双探头全光纤激光干涉测速技术,以粒子速度为监测目标,借助应力波传播理论,换算成试件的应变和应力,从而建立了SHPB实验的非接触光学测试系统。针对韧性和脆性两类材料,分别提出了激光正入射和激光斜入射两种测试技术。再以铝合金和PZT陶瓷为例,通过与传统的应变片测试结果以及DIC测量结果的对比分析,验证了两种测试技术的有效性。与传统的应变片测试技术相比,新的激光干涉测试技术具有免标定、抗干扰、可靠性高等许多优点,有助于实现SHPB实验测试系统标准化。

分离式Hopkinson压杆系统冲击压缩过程中试样的应力均匀化过程

分析了分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统冲击压缩试验过程中试样的应力均匀化过程。结果表明:试样内的应力分布不均匀性在冲击压缩开始时最显著,随着时间的延长,应力分布渐趋均匀;在变形初期,应力分布不均匀主要表现为试样两端的应力水平不同以及应力-时间曲线的进程不同步且伴有较大振荡;用绝对不均匀度α(t)衡量试样内应力分布的不均匀程度,在α(t)-t曲线上存在一明显的转折点M,建议用M点对应的时间表示应力均匀化所需时间。

分离式Hopkinson杆实验技术在混凝土材料动态力学性质研究中的应用综述

针对大直径Hopkinson杆实验技术在混凝土类脆性材料动态力学特性研究中的广泛应用,综述常规分离式Hopkinson杆实验技术在混凝土材料动态力学性质研究中面临的挑战与存在的关键问题,分别总结混凝土材料动态压缩和拉伸力学性质测试中常用的Hopkinson杆实验技术,并指出其局限性和不足之处。

分离式Hopkinson压杆数据处理系统的研制

根据分离式Hopkinson压杆试验的一维应力波加载理论 ,运用VisualC ++6.0软件开发工具 ,编制了该类试验的后续数据处理系统。数据处理结果表明 ,该系统能有效地处理该加载系统上的动态拉伸、压缩。

分离式Hopkinson杆实验技术的应用与发展

分离式Hopkinson杆是测试工程材料动态力学性能的重要装置,有关的理论及实践均有了较完善的发展,但随着新工艺的不断出现,使得Hopkinson杆也面临着新的问题。本文介绍了分离式Hopkinson杆的组成及原理,阐述了实验技术面临的一些问题,并在此基础之上总结出Hopkinson杆实验技术的发展及应用趋势。

光纤位移干涉仪的研制及其在Hopkinson压杆实验中的应用

为了满足爆炸冲击作用下结构体动态变形过程测试的需要,基于激光多普勒效应和外差技术,采用单模光纤器件、声光移频器(AOM)和高带宽光电转换器研制了一套可辨别速度方向的参考光调制式光纤位移干涉仪,它具有结构简单、动态响应快以及非接触式测量的优点。采用短时傅里叶变换算法编写了数据处理程序,并在Hopkinson压杆上进行了实验研究,获得了36.82 m/s的峰值速度,并对速度波形与应变片测量获得的结果及应力波理论计算结果进行了对比分析,验证了系统的可行性。钢筒爆炸实验获得了壁面振动的正负速度历程,验证了系统可以辨别物体运动方向。

基于Hopkinson压杆实验技术研究火工品及含能材料的抗高过载能力

利用Hopkinson压杆实验技术和静态液压伺服系统INSTRON试验机，采用波形整形技术，得到HNS在应变率为10^-4～10^3S^-1条件下的动态力学性能数据，确定了其失效模式。通过改变子弹形状，得到不同脉冲升时条件下火工品失效所对应的加速度幅值，从而确定了火工品的抗高过载能力。结果表明，Hopkinson压杆实验技术是实现实验室模拟加载环境的一种非常有效的实验方法。

Hopkinson压杆对准脆性材料的动态力学实验研究

分离式Hopkinson压杆是对准脆性材料实施高速加载的理想工具,利用该装置可以对准脆性材料实施各种加载方式,测定材料的动力特性参数。对分离式Hopkinson压杆装置的测试原理做了扼要说明,简单介绍了目前用于准脆性材料的测试方法(压缩实验方法和拉伸实验方法),并结合目前的测试技术,对准脆性材料的实验方法提出了一些新的设想。

Hopkinson压杆实验技术的应用进展

SHPB实验装置是研究各类工程材料动态力学性能的最基本实验手段,它不仅可用于测量金属、高聚物等均匀性好、变形量较大材料的冲击压缩(拉伸、剪切、扭转)应力—应变关系,经改进后还可以用于测量质地软、波阻抗小的泡沫介质材料和质地脆、均匀性差的混凝土类材料的冲击压缩应力-应变关系。此外,SHPB实验装置因加载方式简单,加载波形易测易控制,还可以开展混凝土类材料的层裂强度研究,火工品、引信的安全性、可靠性检测,高G值加速度传感器的标定以及炸药材料的压剪起爆临界点的测定等。

大尺寸Hopkinson压杆及其应用

本文介绍了国内最大尺寸的SHPB装置;讨论了在大尺寸SHPB装置上测量混凝土类材料动态力学性能将会出现的几个问题;采取了在入射杆的打击端加设波形整形器,在试件与杆件之间加设万向头及在试件上直接测量应变等新的实验技术及采用新的数据处理方法,提高了试验结果的精确度和可信度;简要介绍了利用ф100 SHPB装置对四种体积含量(0, 2%, 4%和6%)钢纤维高强混凝土进行三种应变率(10～20/s,35～45/s和75～85/s)的冲击压缩实验.实验结果表明,钢纤维高强混凝土具有较强的应变率效应,其破坏应力、峰值应变随应变率增加而显著增加,弹性模量也随应变率增加而增加.另外,钢纤维含量对混凝土具有增韧效应,随着钢纤维含量的增加,其韧性增大,脆性降低.

围压与温度共同作用下盐岩的SHPB实验及数值分析

在自主研制的可进行围压和温度共同加载的分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置TSCPT-SHPB基础上,对盐岩在5～25 MPa围压作用下的轴向动力性能以及盐岩在40℃～80℃,0.0～0.5 MPa围压下进行实验研究,分析围压和应变率对盐岩在围压作用下轴向抗压强度动力增长系数(DIF)的影响,以及温度和围压对盐岩动态力学性能的影响。结果表明:在动态作用下,围压对盐岩延性的提高有显著影响;盐岩属率敏感性和温度敏感性材料,其峰值强度随应变率的提高而提高,在低围压下的提高幅度比高围压下显著,并得到实验范围内盐岩材料动力增长系数(DIF)与围压和应变率关系的表达式;在高应变率(400 s-1)条件下,盐岩的动态峰值强度随温度的升高而降低,并依据实验数据,拟合得到峰值强度在各实验温度下随围压变化的计算公式。为考虑应变软化效应,对ABAQUS有限元软件中的Drucker-Prager模型进行改进,并基于单向动态围压下的实验数据拟合的计算参数,对盐岩TSCP-SHPB实验进行数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。

高应变率下混凝土准一维大变形压缩实验研究

为研究C30混凝土动态大变形力学性能,设计开展了准一维应变动态大变形分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,获得了C30混凝土材料在200~530/s应变速率下的应力-应变曲线。同时为了进行比较,利用MTS810实验机进行了准静态大变形压缩实验。实验结果表明:在有被动围压的实验情况下,混凝土呈现出显著的弹塑性力学行为,这与混凝土单轴压缩时表现出弹脆性力学行为明显不同;混凝土在动态大变形压缩时也表现出了应变率敏感的特性,同时由于应变率效应及外围钢套提供约束效应,混凝土动态压缩时应力峰值相对其静态单轴压缩强度值显著增大。

灰岩和白云岩动态压缩力学性能的SHPB实验

为了得到爆破荷载作用下岩石的破坏特性及爆破振动波的传播特性,利用RMT-150C多功能实验机和改进后的ф50mm的分离式Hopkinson压杆装置,分别研究灰岩和白云岩试件的静态力学特性和在5种不同应变率等级下的动态力学性能。实验结果表明,随着平均应变率的增加,灰岩和白云岩试件的动态抗压强度、峰值应变、吸收能、比能量吸收值以及破碎程度都明显增加,表现出显著的应变率效应,而初始弹性模量对应变率的相关性不敏感。从岩石的动态抗压强度和能量吸收两个方面,对比分析灰岩和白云岩动态力学性能的共性和差异性,更合理地解释了岩石在动态冲击荷载下的破坏本质。

夹心杆系统中一维弹塑性波演化精细分析(Ⅱ):弹塑性交界面与平台段反射衰减

相对于入射波加载阶段透反射分析过程,入射波平台段持续时间长且弹塑性传播与演化行为复杂得多,此阶段试件内弹塑性波相互作用的影响非常明显。开展了矩形入射波作用下试件内弹塑性波的相互作用及其在两个界面上的弹塑性透反射行为计算,定量研究了夹心杆系统中反射波的衰减特征。结果表明:强入射波作用下,由于弹塑性波相互作用,试件内形成了曲线型弹塑性交界面,使透射端达到屈服状态的时间明显提前,该弹塑性交界面以大于弹性声速的速度向反射端变速传播;在塑性阶段,反射波的衰减是试件截面积增大引起的广义波阻抗增大和压缩引起的塑性波往返次数增加两个方面导致的衰减量之和。计算显示,试件的密度变化虽然明显影响其波速和广义波阻抗,但两个方面引起的衰减量之和正好接近于零,使得密度变化对透反射波平台段变化的影响可以忽略;塑性模量的增大使得反射波在平台端衰减更快,而试件直径对反射波衰减速度的影响并不是单调的,从4 mm增大到10 mm,反射波衰减速度增大,但增大到12 mm后衰减量反而有所减小。研究结果可为分离式Hopkinson压杆试验透反射波形的深入分析以及精细化试验设计与数据处理提供参考。

分离式Hopkinson压杆试验技术的介绍

目前分离式Hopkinson压杆试验技术的用途越来越广泛,其已经成为确定材料在高应变率下动态力学性能最简便有效的试验方法。简单回顾了分离式Hopkinson压杆试验技术的发展历史,介绍了分离式Hopkinson压杆的组成及试验原理,简单讨论了弥散效应、界面的摩擦效应、波动效应等影响试验的几个技术问题,阐述了高应变速率力学试验标准的现状。动态测量的材料力学特性精度较准静态测量方法的精度差,且不同设备测量的数据离散性较大,建议规范分离式Hopkinson压杆设备的制造,建立更为详细统一的试验标准体系。

基于SHPB劈裂实验技术的岩石冲击动力学教学模式与实践

分离式霍普金森压杆(SHPB)是测定岩石材料在中、高应变率下动力响应行为的专业设备。为了帮助学生深刻认识和理解岩石的冲击劈裂力学特性与应力应变演化机理,聚焦岩石冲击动力学关键科学问题,将SHPB冲击劈裂实验技术引入岩石冲击动力学教学中,采用“理论+实验+讨论”的教学模式,建立教学课程的持续改进机制,解决了岩石冲击动力学理论知识学习的晦涩难懂、枯燥乏味,弥补了岩石冲击动力学理论教学的不足。可拓展学生的创新性思维以培养学生提出和解决关键科学问题的能力。

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。

爆破工程课程教学中岩石材料动态力学实验实践与分析方法

《爆破工程》课程是土木和采矿类专业教学的基础核心课程。为了提高学生对岩石材料动态力学响应和损伤破坏机理的认识与理解,在培养方案中开设岩石材料的爆炸与冲击动力学实验教学内容以更好地实现《爆破工程》课程教学目标。针对学生缺乏在爆破工程方面的冲击动力学理论知识和实验基础等问题,将分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)实验技术和二维平板爆破(Two-Dimensional Plate Blasting,TDPB)实验技术应用于《爆破工程》的实践教学中。介绍了SHPB和TDPB的实验系统组成和实验计算原理;设计了岩石材料的SHPB冲击压缩实验课程内容和TDPB中心起爆实验课程内容;分析了SHPB实验下砂岩材料的动态力学行为与能量演化特征和TDPB实验下类砂岩材料的应变波演化与动力损伤破裂行为机理;引导了学生对岩石冲击动力学关键问题的深入讨论。教学实践效果表明:通过采用SHPB和TDPB实验课程与《爆破工程》理论课程相结合的教学模式,锻炼了学生的理论实践能力,提升了学生的科研探索水平,增进了学生的团队协同互助意识,实现了《爆破工程》课程教学目标。

花岗岩和混凝土在单轴冲击压缩荷载下的动态性能比较

采用黄铜波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置,分别对花岗岩和混凝土试件进行不同应变率(101～103)s-1下的单轴冲击压缩试验,有效地减少传统Hopkinson压杆试验中,岩石类脆性材料在内部应力达到均衡之前过早破坏以及输入波的高频震荡给试验数据带来的波动性。试验结果表明,应变率不仅影响这2种岩石类材料的强度,而且也影响材料的破碎程度和破碎形式,但对材料的初始弹性模量、破坏应变以及能量吸收率影响不大。从花岗岩和混凝土材料的微观结构特征和能量吸收能力等方面,对比分析这2种材料动态性能的共同特点和相互差异,合理地解释试验现象。该方法与结论对其他类型的脆性材料的动态性能研究具有一定的参考价值。