基于小尺寸Hopkinson杆的动态校准系统

针对高g值高安装谐振频率加速度计动态校准过程中高g值窄脉冲加速度激励信号难以产生的难题,提出了基于小尺寸Hopkinson杆的动态校准系统。该系统采用压缩空气作为激励源,小尺寸精密校准杆作为加载装置来产生窄脉冲加速度激励信号,并通过轴向激光干涉仪进行激励信号的测量。且校准实验结果表明,该系统可以充分激起安装谐振频率为180kHz的高g值加速度计B&K 8309的高阶谐振频率,校准结果较为理想。

基于小尺寸Hopkinson杆的加速度计特性的研究

主要利用(小尺寸)Hopkinson杆作为加载手段,对CA-YD-125型号的加速度计进行动、静态校准。采用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值,通过积分运算法和最小二乘法的综合运用来获得准静态条件下加速度计的冲击灵敏度;利用FFT算法获得动态条件下的幅频特性曲线。试验表明,校准得灵敏度为0.07 8pC/(m/s2);工作频带内幅值在0.5 dB范围内波动。

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.

确定材料在高温高应变率下动态性能的Hopkinson杆系统

描述了一种利用Hopkinson杆装置确定在高温(温度可高达1 173 K)、高应变率下材料动态性能的试验方法。在试样加温过程中,试样不与入射杆及透射杆接触。当试样加热到预定温度时,气压驱动同步组装系统,推动透射杆及试样,使得应力波到达入射杆与试样接触面时,入射杆、试样及透射杆紧密接触。利用以上系统,完成了连铸单晶铜及上引法连铸多晶铜从室温到1 085 K范围内的应力应变曲线。测试结果表明,不论是上引法连铸多晶铜还是连铸单晶铜,流动应力随温度的升高而下降,在温度低于585 K时,材料的应变硬化率明显大于在温度高于585 K时的应变硬化率。

粘弹性Hopkinson压杆中波的衰减和弥散

研究了线性粘弹性Hopkinson压杆中由于粘性效应和横向惯性效应引起的应力波衰减和弥散 .导出计及横向惯性效应的线性粘弹性杆中纵波控制方程和应力解应变解 ,进而导出表征波衰减和弥散性质的纵波传播系数的修正公式 .这一修正公式计入粘性效应和几何效应 ,与Bacon公式相比 ,其形式简单 ,更便于在实验数据处理中应用 .

Hopkinson压杆技术的推广应用

简要介绍了Hopkinson杆的几种工程应用，包括：（1）用同步组装系统进行高温、高应变率耦合作用下材料动态力学性能的测试；（2）在Hopkinson压杆技术中实现单脉冲加载及其在动态损伤力学中的应用；（3）用Hopkinson压杆加载三点弯曲试样测定材料的动态起裂韧性；（4）用Hopkinson压杆技术对加速度传感器在3000-200000g范围内进行g值校准。还介绍了这些应用的基本原理、测试方法及所取得的成果。

基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究

混凝土、岩石类材料在复杂应力状态下的动态力学性能研究一直备受关注,但鉴于动态实验的复杂性,对真三轴应力状态下材料的动态加载一直未曾实现。本文中研制了一套真三轴静载作用下混凝土、岩石类材料的"三维Hopkinson杆"动态力学实验系统,为冲击载荷作用下材料动态各向异性特性的研究提供了一种有效的实验测试技术。该系统采用液压伺服控制对立方体试件施加三向独立的0~100 MPa真三轴静载,再利用分离式Hopkinson压杆对试件施加冲击动载,具体研究了C30混凝土材料在不同真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了不同条件下X、Y、Z方向上的动态应力应变关系。

用于脆性材料的Hopkinson压杆动态实验新方法

岩石、陶瓷或混凝土等脆性材料 ,在用 Hopkinson压杆对其实施高应变率加载实验时 ,由于其破坏应变很小 ,试件通常在加载入射波的波头部分 (含初始上升沿和较大的弥散振荡部分 )就已破坏失效 ,因此采用常规的实验或数据处理方法很难得到精确有效的实验结果 .本文提出的 Hopkinson压杆装置预留间隙实验法能使加载入射波波幅振荡明显减小且初始上升时间为零 ,有效地减小了弹性波弥散带来的误差 ,使贴于压杆中部的应变片测得的信号经处理后很大程度上直接反映的是试件端面的实际受力状态 ,且由于避免了试件在加载波上升沿段的不稳定受力而使应变率历史曲线更趋于恒定 ,这为提高 Hopkinson压杆装置的实验精度 ,特别是为脆性材料提供了一种实施高应变率实验的实用可行的途径 .

用Hopkinson杆冲击加载研究高量程微加速度计芯片的抗过载能力

采用体硅微机械加工技术制作田字形结构的高量程微加速度计芯片。为了研究芯片的抗过载能力 ,使用Hopkinson杆对其施加冲击载荷 ,以一维应力波理论估计芯片受到的加速度。结果显示 ,芯片破坏的临界载荷为 2 0 0kgn。裂纹和断裂主要发生在十字架中心、边框的 4个角以及十字梁和边框的连接部位。

基于Hopkinson压杆的动态压剪复合加载实验研究

提出了一种可用于研究压剪复合加载下,材料动态力学性能的实验装置,该装置基于Hopkinson压杆,通过添加一个带倾斜端面的垫块,实现压剪复合加载.分析了该实验装置的基本数据处理方法,并利用有限元分析验证了此分析方法的可行性;然后利用该装置对常规金属材料进行了相同冲击速度,不同倾斜角度(0°,30°,45°)下的一系列实验.实验结果表明,该装置能实现压剪复合加载,并且能得到材料的动态屈服面,为研究材料在复杂应力状态下的动态力学性能提供了新的实验方法.

基于Hopkinson压杆实验技术的含能材料动态力学性能测试方法研究进展

评述了基于Hopkinson压杆实验技术的高度变率下含能材料动态力学性能测试方法的研究进展。鉴于含能材料的低杨氏模量、密度、波阻,采用Hopkinson压杆测试其力学性能时存在一些问题,如应力平衡、波阻抗匹配等。研究表明,常规的Hopkinson压杆试验装置不能得到准确、可信的试验数据,采用波形整形、压电晶体等方法可以解决应力平衡和波阻抗不匹配等问题。Hopkinson压杆实验技术还能为含能材料在高应变率下本构关系的建立以及损伤模式的分析提供实验结果,并指出了今后含能材料力学性能研究的若干方向。附参考文献44篇。

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。

单脉冲加载的Hopkinson压杆实验中预留缝隙确定方法的研究

在传统Hopkinson压杆实验中,反射拉伸波在入射杆的撞击端反射形成压缩波,导致实验过程中对试样进行了多次加载,单脉冲加载的Hopkinson压杆实验技术解决了该问题。详细总结了单脉冲加载的Hopkinson压杆实验技术原理,给出了法兰盘与质量块间预留缝隙的计算方法,分析了预留缝隙不同大小对实验结果的影响。建立了一套单脉冲加载的Hopkinson压杆实验装置,并利用高速摄影验证了实验技术的可靠性。

分离式大直径Hopkinson杆实验技术研究进展

分离式大直径Hopkinson杆(SHB)是一种用于研究混凝土和其他非均匀材料动态力学性能的重要手段,杆直径增大会导致传统分离式Hopkinson压杆实验技术的基本假定失效,因此对实验技术、数据处理及实验结果分析等形成了新的挑战。介绍了大直径SHB杆实验技术的发展历程,总结了杆直径增加所带来的几何弥散效应、试件应力均匀性、试件端面平行性和横向惯性效应等问题及相应的解决方法,分析了大直径SHB实验技术的研究方向和热点问题。

影响Hopkinson压杆实验结果因素的数值模拟分析

根据Hopkinson压杆试验装置产生压缩加载脉冲的力学模型，利用ANSYS／LSDYNA有限元显示动力学程序计算得到了试件在加载过程中的应力-应变曲线，并且和输入材料曲线做了比较，讨论了试件的长径比及试件与压杆之间的界面摩擦力对试件内部应力均匀性和对试件材料动态屈服应力的影响．分析结果表明，试件的长径比在0．5—0．6之间、试件与压杆之间的界面摩擦系数为0．15时，对动态屈服应力的结果影响比较小，这一结论对实际的实验操作有一定的指导意义．

基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析

基于Hopkinson杆激光干涉冲击试验台,分析了高g值加速度传感器的动态特性,主要分析了实现高g值加速度传感器的幅频特性的原理及可行性。该方法采用Hopkinson杆作为高g值加速度信号发生器,并应用激光光栅干涉仪可以精确地获得高g值加速度脉冲的激励波形,再与加速度计的输出联合处理得出传感器的动态校准结果。并用988压电传感器的动态校准结果加以说明。

用于分离式Hopkinson杆装置的一种先进气动发射机构

为了提高分离式Hopkinson杆装置测试及其控制精度,基于一维应力波理论对Hopkinson杆测试原理进行了阐述,对测试中一维性和均匀性假设条件进行了深入分析。根据Hopkinson杆测试原理,提出了一套气推气的先进撞击杆发射装置。给出杆长与直径比大于40可保证一维性;试样中波来回反射3次以上可实现应力平衡及均匀性;气推气发射机构可以有效将0.5kg撞击杆在1MPa气压下发射65m/s;气推气发射机构与Hopkinson杆组成的测试装置操作简便、重复性好和控制精度高。

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。

高量程压阻式加速度计的Hopkinson杆冲击测试及失效分析

为了保证高量程加速度计在冲击过程中的可靠性、有效性,减小其失效几率,以Hopkinson杆作为加载手段,采用激光干涉法对量程为1.0′10~5 g_n的4端全固支压阻式梁-岛结构微加速度计进行冲击试验,并分析了高量程加速度计抗过载能力及在冲击环境下失效模式和失效机理。试验中抽样对同种结构的10只传感器分别进行了冲击测试,根据测试结果可知,该结构的微加速度计抗过载能力为1.3′10~5g_n。通过分析可知失效模式主要表现为微结构梁的断裂、裂纹、键合点脱落现象。通过研究失效模式产生的原因发现,造成结构出现断裂、裂纹现象的原因主要有两种：一是重复连续冲击测试引起微结构疲劳产生失效;二是由于在冲击过程中加速度计芯片与该过程中产生的高频信号分量发生共振导致过载瞬间增大加速度计芯片结构位移失控使结构失效。通过采用不同手段完善传感器结构,提高了其可靠性。

用Hopkinson压杆技术测试材料动态断裂韧性的方法研究

对传统的Hopkinson压杆测试系统进行了改进 ,建立了应力波载荷作用下材料动态断裂韧性的测试方法 .该方法采用 3点弯曲试样进行动态断裂试验 ,应用试验—数值法确定动态应力强度因子的响应曲线 ,进而测试材料动态断裂韧性 .40Cr材料的试验结果表明 ,本文设计的测试装置是有效的 ,建立的测试方法是可行的 .