波形整形器在酚醛树脂的霍普金森压杆实验中的应用

利用霍普金森压杆在室温下进行了应变为 10 2 ～ 10 3 s-1的冲击压缩实验 ,同时采用波形整形器使入射波的上升沿变宽 ,更好地满足试件中应力应变均匀分布的条件 ,使实验更接近常应变率加载的条件。结果表明 ,酚醛树脂是一种应变率敏感材料 。

分离式霍普金森压杆在岩石力学实验中的应用

分离式霍普金森压杆(SHPB)是材料中高应变率行为测试设备之一。在岩石力学教学中引入SHPB实验可以让学生深入了解岩石的动力学性质,为以后的学习打下基础。首先介绍了SHPB实验的基本原理,接着详述了SHPB实验的特点和实验教学中存在的问题,指出目前实验中存在的主要问题是学生不理解实验的基本原理以及实验的参与性差。提出了在岩石力学实验教学中,应加强SHPB设计原理的讲解,着重进行岩石强度的率相关性实验、开展节理岩体的动力性质有关实验,并在实验教学中引入数值模拟技术,此外还可以开展创新性实验研究。采用这种分阶段的教学模式,不仅能使学生了解岩石动力学的基本理论,同时也向他们介绍SHPB实验的相关前沿,更好地培养学生的创新能力。

霍普金森杆实验数据处理程序的设计与实现

简述了霍普金森杆实验的基本原理,运用VC++开发了霍普金森杆实验数据处理程序,将实验采集到数据记录通过软件编程的方法较好地实现了实验数据的处理,达到了对入射波、反射波和透射波的快速分离。

基于霍普金森杆的水下爆炸壁压测量系统研究

采用霍普金森杆测量系统对气泡载荷进行测量。根据应力应变对应关系,对霍普金森杆测量原理进行表述,其为通过测量HPB上应变推算得到杆端部应力;对HPB测量系统组成进行说明,分析HPB材料、尺寸选取方法,给出应变测量信号与壁压信号间换算关系;采用高速摄影、压力传感器测量系统、霍普金森杆测量系统在实验室条件下对气泡载荷进行测量,分析比对测量结果。结果表明,高速摄影与HPB测量系统获取的气泡峰压时间、气泡脉动周期基本一致;无量纲爆距大于0.33时,压力传感器和HPB测量结果获取的物面载荷数据基本相同;近距离实验时,HPB测量系统抗电磁干扰能力更强。通过实验比对分析,验证了霍普金森杆测量系统的有效性及准确性。

基于空气炮和分离式霍普金森压杆的火工品高加速度力学过载模拟试验等效方法研究

针对分离式霍普金森压杆(SHPB)试验无法用加速度描述其对火工品的影响问题,利用空气炮和SHPB试验后所得的半导体桥火工品轴向应变、作用时间和芯片发火能量等结果,将空气炮试验的加速度等效至SHPB试验的子弹速度上,获得了SHPB试验的子弹速度与加速度的等效方程。建立了基于SHPB试验的火工品加速度力学过载模拟试验方法。

分离式霍普金森压杆试验台液压加载系统的研究

为了研究有压情况下材料在冲击载荷下的力学行为,研制一种在一般分离式霍普金森压杆(SHPB)装置基础上施加两自由度负载的新型SHPB试验台液压加载系统。研究试件机械加载方式,提出密封粉末加载方法,并根据要求设计液压比例控制系统作为加载系统;由压力传感器、位移传感器和数据采集卡等与上位机构成液压加载控制系统,对液压缸压力进行实时监控;用Simulink软件对控制系统进行仿真。仿真结果表明,该系统可以实现对试件的恒定压力加载。

应用霍普金森压杆技术进行材料动态断裂韧性研究

本文应用霍普金森压杆(SHPB)技术对特种钛合金在高加载率下的动态断裂韧性进行了试验研究,并与静态试验结果进行了比较。结果证明,该合金的动态断裂韧性随着加载率的增高而下降。同时表明应用SHPB技术进行材料动态断裂韧性研究是一种切实可行的方法。

整形器在软材料霍普金森杆中的应用

以软材料三元乙丙橡胶(EPDM)作为测试对象,探讨了多种材质的整形器在软材料霍普金森杆测试中的选择方法,发现卡纸整形器可以满足软材料霍普金森杆测试的常应变率加载和应力平衡要求。因此,在软材料的SHPB测试中,整形器宜选用与试样硬度相当的软材料。

霍普金森撞击杆对入射波形影响的试验研究

为了研究不同撞击杆入射脉冲的波形特征,利用SHPB冲击试验对撞击杆几何结构对入射波形的影响展开研究。通过波形对比发现,柱锥形撞击杆的入射波曲线上升沿最为平缓光滑,振荡现象不明显,分析表明撞击杆的前锥段影响曲线上升沿,尾锥段影响曲线下降沿;随着锥段的增长曲线逐渐变得平缓,且振荡现象和曲线峰值应力有所降低;基于以上试验结果得到双锥形撞击杆更适合岩石类材料的SHPB实验。

组合式隔热陶瓷短杆高温SHPB实验技术

讨论和分析了当前高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,为了获得材料在高温下可靠的动态力学性能,建立了一套在压杆和试件之间添加隔热陶瓷短杆的高温SHPB实验系统。相比于传统接触式高温SHPB方案,该系统可以使用在更高的冲击载荷和温度下,与机械对杆方案相比,实验装置及其控制要简便许多。结合有限元模拟,对陶瓷短杆及温度场对压杆中应力波传播的影响进行了相应的评估,并利用这套实验系统得到了800℃下HR2抗氢钢的动态压缩应力-应变曲线。

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。

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实验中的端面凹陷修正

提出了一种关于霍普金森压杆(SHPB)实验中压杆端面凹陷的分析方法,并在此基础上提出了修正该凹陷的数据处理技术。将该技术与其他数据处理技术相结合,可提高SHPB实验中应变的计算精度。该技术使SHPB可以用于小应变范围测试,并使利用SHPB测得完整的、精度及可靠性可与准静态测试相当的材料动态应力应变曲线成为可能。

SHPB虚拟仿真实验教学项目的研究与开发

高应变率下材料的动态力学性能一般采用分离式霍普金森压杆进行实验测量,但由于该类设备的操作危险性大,测试参数设置互相影响,实验经验对测试结果影响较大,学生学习和操作困难。该文所开发的虚拟仿真实验教学项目,可通过设置不同的测试参数,得到不同的实验结果和测试精度,甚至是失败的测试,从而帮助学生掌握和分析测量参数设置的规律,培养学生的实际操作能力。

SHPB系统在岩体力学实验教学的应用和课程改革探索

冲击荷载下岩体的动态力学强度劣化构成了岩爆、滑坡、落石等众多地质灾害发生的成因,借助霍普金森杆(SHPB)进行岩体动态力学特性的实验教学是土木工程学科教学必不可少的环节。文章对霍普金森杆的装置构造、实验原理、实验过程进行了叙述,指出目前实验教学中存在的问题,并提出调动学生上课积极性、促进和增强其实验参与性、理论的实践应用性及思维创新性等课程改革思路。

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。

试件几何尺寸和杆材对CCCD-SHPB试验系统测试结果影响的数值分析

为了分析CCCD-SHPB动态断裂试验系统试验结果的有效性,采用3维动态有限元方法分析了试件几何尺寸和入射杆、透射杆材料对实验结果的影响。分析结果表明,试件直径对CCCD-SHPB动态断裂试验系统的试验结果有较大影响,而入射杆和透射杆的波阻抗与试件的波阻抗是否匹配会影响试验结果的精度,但在一定尺寸范围内,试件厚度对试验结果影响较小。进一步计算结果表明,在动态加载的初期阶段,由于试件两边载荷不平衡,导致CCCD-SHPB动态断裂试验系统中存在与试件尺寸相关的特征时间ΔT,且ΔT近似等于应力波在试件中来回往返两次的时间;动态断裂试验时,试件从加载至断裂的时间应大于特征时间ΔT,否则试验结果不可靠。

SHPB实验中应变片的应用和标定

SHPB技术是一种检测材料动态力学性能的经典技术。由于其设计巧妙、结构简单、操作简易,近年来这项技术取得了很大的进展。在实验中,为测得压杆在动态冲击下的应变,用到了电阻应变片和半导体应变片。文章介绍了在SHPB实验中应变片的使用,阐述了应变片标定技术,规范了实验的操作程序。

基于数字图像的分离式霍普金森压杆实验中试件应变及两端应力的同步测量法

本文提出一种基于高速摄像和数字图像相关方法(DIC)的分离式Hopkinson压杆(SHPB)测量技术,从而实现试件应变和两端应力的同步测量。即在与试件接触的输入输出杆两端制作散斑,通过高速摄像获取SHPB实验过程中的散斑变形图像,由DIC测得各时刻试件的应变、输入输出杆端的应变(可直接换算为试件两端的应力)。由于试件和杆端的应变都是从同一张高速摄影的图像上分析得到的,因此它们是同步的。应用该方法对钢纤维混凝土试件的SHPB试验进行了测量,测量结果与传统应变片测量结果吻合,验证了该方法的可行性。该技术不仅实现了SHPB实验中试件应变和应力的同步测量,还将有助于直接检验各材料在SHPB实验中试件两端的力在实验过程中是否平衡。

SHPB实验加载方式对PBX炸药力学响应的影响研究

高聚物粘结剂炸药(PBX)炸药的损伤本构关系是炸药安全性研究的重要基础课题之一。研究PBX炸药的损伤本构关系需要建立在准确获取和认识PBX炸药的动态力学响应基础之上。为此,针对某PBX炸药的SHPB实验,详细探讨加载方式的细节设计对PBX炸药力学响应的影响。通过采用不同应变加速度、不同加载脉宽以及重复加载等方法,分析了不同加载条件对PBX炸药力学响应的影响,并获得了一系列不同加载脉宽、不同加载应变率的应力应变曲线。采用扫描电镜观察回收试样最终损伤形态,分析了PBX炸药动态单轴压缩下的损伤发展过程及其在应力应变关系上的表现。结果表明:应变加速度过大仍会对PBX炸药形成一定的冲击加载,造成额外损伤;经历动态单轴压缩后破坏的试样表现为晶体多次穿晶断裂甚至碎裂;典型PBX炸药的损伤本构关系可从微裂纹的产生、稳定扩展,穿越晶界失稳扩展来描述。