SHPB试验岩石试件应力平衡时间预估分析

运用一维应力波理论,对分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验中弹性应力波的传播过程进行了分析,得到了试件应力分布相关计算公式,讨论了试件应力平衡时间的影响因素和变化规律。以变截面杆SHPB试验装置对煤矿岩石试件加载为例,计算分析了3种岩石试件在光滑的试验入射波和与其升时相同的理论梯形入射波加载情况下试件应力均匀性和应力平衡时间。发现采用变截面入射杆进行加载,能够实现岩石试件在应力峰值之前达到应力平衡,满足应力均匀性假定要求的有效条件。结果表明,采用理论梯形入射波可以近似代替与其升时相同的试验入射波,预估岩石试件应力均匀性和应力平衡时间,对类似脆性材料的SHPB试验设计具有一定的参考价值。

直锥变截面Hopkinson压杆实验的数值模拟

随着分离式Hopkinson压杆(简称SHPB)实验技术应用领域的拓宽,对SHPB实验设备和实验精度的要求日益提高,改进和优化SHPB实验技术就显得尤为迫切。数值模拟在这方面发挥着重要的作用。文章利用商用程序ANSYS/LS-DYNA对不同长度的子弹与74mm直锥变截面压杆撞击进行了三维数值模拟,将模拟结果与实验结果进行了比较;同时分析了不同长度的应力波在74mm直锥变截面压中的传播特性。

三维SHPB装置设计及原理研究

针对一维SHPB实验设备无法进行三维预应力不等值情况下的冲击实验问题,在确保中国矿业大学(北京)原有一维SHPB实验装置中动力发射系统及子弹不改变的前提下,设计了可以进行对试件进行三维施压的正方形输入杆、输出杆、吸收杆及输入杆中与子弹接触部位由圆变方的过渡杆装置,采用应力波基础理论分析和数值模拟的方法,得到了过渡杆中的应力波传播规律,研究结果表明:应力波在圆变方扩散杆中传播时,由于强度吸收现象,过渡杆越长,波幅下降的程度就越低,当长度达到500mm时,应力波在其中的弥散现象已经很小,能够满足整个实验系统的准度要求.

杆中嵌入薄板的应力波传播行为

采用一维理论分析和二维有限元模拟,研究了杆中嵌入薄板的应力波传播行为.首先根据一维弹性应力波理论,推导了反射波,透射波以及板中应力的表达式.结合算例,分析了薄板厚度对应力波传播的影响,然后采用有限元方法,验证了一维理论分析结果,同时也研究了不同界面处理方式对结果的影响.结果表明板越薄,对应力波传播的影响越小,薄板中应力越能真实地反映杆中的应力状态;在SHPB实验中,嵌入薄片/薄膜传感器测量微弱应力信号是可行的.