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。

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。

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。

Hopkinson压杆技术在中国的发展回顾

简要回顾了Hopkinson压杆实验技术在中国的发展历程及推广应用。系统介绍了关于金属、高聚物、复合材料、脆性材料、混凝土及软材料、泡沫材料等材料的SHPB实验技术研究,并对相关材料的实验结果进行简要讨论。

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。

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.

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 。

Hopkinson压杆入射杆形状对动态断裂参量影响的数值方法研究

利用Hopkinson压杆测量三点弯曲试样材料的动态应力强度因子,应力波载荷的惯性效应和弥散效应对试验结果不可忽略的影响已被许多学者的实验结果证实。将不同Hopkinson压杆入射杆形状产生的载荷—时间历程曲线作为动态有限元模型的载荷信息,采用Ansys/LS-DYNA有限元软件,基于虚拟裂纹闭合技术(virtual crack closure technique,VCCT)计算得到三点弯曲试样的动态应力强度因子变化曲线,曲线上起裂时间对应的值即为材料的动态断裂韧度。进一步考虑入射杆形状及惯性效应对冲击载荷曲线的影响,研究动态应力强度因子的变化规律,为Hopkinson压杆测试动态断裂韧度提供合理、可行的方法。

利用压杆技术确定与验证一些结构材料的塑性模型(英文)

提出了一种关于材料力学特性的综合研究方法,包括获取材料在宽大的应变率及温度范围下的必要的力学特性,确定或辨别材料的变形及破坏模型的必要参数,并通过特别的实验及数字模拟实验来检验或验证模型的适当性.通过对一些结构金属及合金材料的研究,展现了该方法的应用潜力.

复合材料层板冲击剪切实验技术研究

基于HOPKINSON杆冲击剪切试验技术、复合材料层板的材料性能及应用特点的分析,对"杆-管"冲击剪切动态力学性能实验技术进行了改进优化,解决了输入杆跳动、同轴调节困难、结果分散大等实验技术问题。根据输入杆、输出管和复合材料试样的匹配分析,确立了输入杆、试样和输出管针对动态冲击剪切实验的约束尺寸条件。通过有限元数值分析,研究了预置剪切间隙对冲击剪切的影响,研究认为0.2 mm～0.3 mm间隙设计对Ф14.5 mm输入杆冲击2mm～4 mm层板试样的冲剪试验是合适的。冲击剪切实验数据表明,加载率对玻纤增强复合材料层板的动态剪切力学性能影响明显。

研究混凝土材料动态力学性能的实验技术

采用波形整形技术、万向头技术和应变直接测量技术测量了混凝土材料的动态应力-应变曲线;通过损伤"冻结"试验及相应的MTS静态试验研究了混凝土材料的损伤演化规律;利用Hopkinson压杆技术直接测得层裂信号,进而可确定混凝土材料的层裂强度.

Hopkinson杆试验试件中应力状态近似分析与惯性修正

在Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ杆动态试验，特别是Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ拉杆试验中，由于试件尺寸长，惯性效应导致测试失真问题是人们关注的重要问题．本文对该问题进行了分析，发展了Ｇｏｒｈａｍ惯性修正模型，推导出一种新的惯性修正公式，该公式考虑了试件的径向和轴向惯性，变形率及试件端面效应，特别是考虑了惯性对试件内部速度场不均匀性的影响．计算分析表明，本公式对ＳＨＴＢ试件中惯性效应的修正量的计算值比Ｇｏｒｈａｍ模型的相应值要大４０％～５０％，虽然修正量的绝对值并不大．

股骨髓内钉远端锁钉置入的模型骨实验

背景:髓内钉置入内固定是治疗股骨干骨折的经典方案,其远端瞄准架被广泛应用于远端锁钉的置入,提高了远端锁钉置入的准确率,但其失败率仍然不容忽视。研究出一种可实现远端锁钉快速且精准锁钉的新技术,减少徒手锁钉时的X射线放射性损伤,是当务之急。目的:比较占位压杆技术和徒手锁钉技术在股骨髓内钉远端锁钉置入中的效果。方法:建立发生压杆偏移不能准确置入远端锁钉的股骨模型骨8个,分2组处理:占位压杆组(n=4)采用占位性压杆技术,在原压杆孔相邻位置重新钻孔后进行准确压杆,再进行远端锁钉孔斯氏针的置入;徒手锁钉组(n=4)采用C臂监视下的徒手锁钉技术完成远端锁钉孔斯氏针的置入。比较两组置钉的X射线曝光次数、锁钉时间及置钉准确率。结果与结论:(1)占位压杆组X射线曝光次数少于徒手锁钉组(P <0.05),锁钉时间短于徒手锁钉组(P <0.05);两组的置钉准确率均为100%;(2)结果表明,占位压杆技术和徒手锁钉技术均能准确地完成股骨髓内钉远端锁钉的置入,占位压杆技术相比徒手锁钉技术具有手术时间短和X射线辐射少的优点。

混凝土材料层裂强度的实验研究

利用f74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应。入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂。实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度。对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显。结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法。

混凝土材料动态力学性能的实验研究

本文利用改装的直锥变截面式φ７４ｍｍ大尺寸Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对混凝土材料试件（φ７２×３６）进行了冲击压缩实验。为了避免这种装置加载波波头部分对混凝土材料实验数据精度的影响，在实验过程中还采用了予留间隙法。实验结果表明，混凝土材料不仅具有敏感的应变率效应，还具有十分明显的损伤软化效应。

SHPB技术研究混凝土动态力学性能存在的问题和改进

根据实验和理论分析,目前分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)间接测量混凝土材料动态应力—应变关系时主要存在三方面问题,分别是应力应变不均匀的限制、大尺寸SHPB压杆产生的应力波弥散及数据处理时应力波波头选取的影响。上述问题使得用传统SHPB方法在研究混凝土材料动态力学性能时的可靠性和精确性大大降低。因此,该文对上述问题的解决和改善进行了初步探讨。

层压复合材料靶板的动态点冲击响应

利用Hopkinson压杆技术研究了冲击能量与靶板中心永久挠度的关系、冲击能量与靶板能量吸收率的关系。

矩形薄板在面内撞击下动力屈曲的实验研究

利用Hopkinson压杆系统对矩形薄板在面内撞击下的动力屈曲进行了实验研究。结果表明矩形薄板存在屈曲后强度,在屈曲发生后面内载荷可以继续增加,通过记录屈曲发生的时间求得临界屈曲长度,并对实验模型进行了理论分析。对比分析结果表明,当压应力波向前传播一定距离后矩形薄板发生局部屈曲,得到的临界屈曲长度与理论计算结果吻合良好。

第八届全国爆炸力学实验技术学术会议暨Hopkinson压杆百年庆典学术研讨会征文通知

由爆炸力学专业委员会爆炸力学实验技术专业组主办、总参工程兵科研三所承办的第八届全国爆炸力学实验技术学术会议暨Hopkinson压杆百年庆典学术研讨会，定于2014年8月上旬在河南省洛阳市召开，会议将就近年来爆炸力学实验技术发展及其在工程、航天以及国防领域的应用等热点和难点问题展开研讨，欢迎全国相关学科的专家、学者、工程技术人员和在校学生积极撰稿并参加会议。论文经会议学术委员会审查通过后编人论文集，部分优秀论文将在《防护工程》和《实验力学》期刊正式发表。