软材料的SHPB实验设计
混凝土shpb试验数值模拟研究
混凝土shpb试验数值模拟研究摘要：本文以混凝土shpb试验为研究对象，通过数值模拟方法对试验结果进行分析，探究混凝土在高应变率下的动态力学响应规律，研究结果表明，混凝土在高应变率下的动态力学响应与其微观结构、材料特性密切相关，同时，试验结果也为混凝土结构设计提供了一定的参考依据。
关键词：混凝土shpb试验；数值模拟；动态力学响应；微观结构；材料特性；结构设计一、引言混凝土作为一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域的材料，其力学性能对于工程结构的安全性和可靠性具有至关重要的影响。
近年来，随着科学技术的不断发展，人们对混凝土材料的力学性能研究也越来越深入，其中，混凝土shpb试验作为一种常用的试验方法，能够有效地模拟混凝土在高应变率下的动态力学响应，因此受到广泛关注。
然而，混凝土shpb试验的实验条件较为苛刻，需要高速冲击器、高速数据采集系统等高精度设备，同时试验过程中也会受到试样尺寸、样品制备等因素的影响，因此很难获得准确的试验结果。
为了更好地理解混凝土在高应变率下的动态力学响应规律，许多学者采用数值模拟方法对试验结果进行分析，以期获得更加准确的结论。
本文即采用数值模拟方法，对混凝土shpb试验结果进行分析，探究混凝土在高应变率下的动态力学响应规律，为混凝土结构设计提供一定的参考依据。
二、混凝土shpb试验数值模拟方法混凝土shpb试验是一种通过高速冲击器对混凝土试样进行冲击，进而模拟混凝土在高应变率下的动态力学响应的试验方法。
在试验过程中，试样的几何形状、尺寸、密度等因素都会对试验结果产生影响，因此需要进行数值模拟以获得更加准确的结论。
数值模拟方法主要包括有限元法、离散元法、分子动力学方法等。
其中，有限元法是一种广泛应用的数值模拟方法，其基本思想是将复杂的物理问题分割成若干个较小的单元，对每个单元进行分析，然后通过整体拼接得到整个物理系统的解。
在混凝土shpb试验的数值模拟中，有限元法能够较为准确地模拟试样的动态力学响应，同时也能够考虑试样的微观结构和材料特性等因素对试验结果的影响。
材料动态特性实验报告,SHPB实验报告
机械工程学院研究生研究型课程考试答卷课程名称：材料动态特性实验（SHPB实验）考试形式：□专题研究报告□论文√大作业□综合考试评阅人：时间：年月日材料动态特性实验实验目的：1、了解霍普金森杆的实验原理和实验步骤；2、会用霍普金森杆测试材料动态力学性能。
1.SHPB 组成：Kolsky 在Hopkinson 压杆技术的基础上提出采用分离式 Hop-kinson 压杆 SHPB )技术来测定材料在一定应变率范围的动态应力 ── 应变行为 ,该实验的理论基础是一维应力波理论, 它通过测定压杆上的应变来推导试样材料的应力 ── 应变关系, 是研究材料动态力学性能最基本的实验方法之一。
为了测出A3钢（又称Q235钢）的屈服极限、弹性模量以及其他性能参数。
用SHPB 实验就行数据测量。
SHPB 的实现装置如下图：分离式Hopkinson 压杆装置示意图它由压缩气枪、撞击杆、测时仪、输入杆（入射杆）、超动态应变仪、试件、透射杆、吸收杆、阻尼器和数据处理系统组成。
2.实验原理：SHPB 技术建立在两个基本假定的前提上：（1）杆中应力波是一维波；（2）试件应力/应变沿其长度均匀分布。
根据垂直入射应力波在界面出的反射、透射原理和上述假定由：应力相等：)()()(t t t T R I σσσ=+ (1)应变相等：)()()(t t t T R I εεε=+ (2)式中()I t σ和()R t σ分别为入射杆的入射应力和反射应力，()T t σ为透射杆的透射应力，()I t ε和()R t ε为入射杆的入射应变和反射应变，()Tt ε为透射杆的透射应变。
图1 输入杆-试件-输出杆相对位置如图2所示，在满足一维应力波假定的条件下，一旦测得试件与输入杆的界面X 1处的应力，可理论推导得： []112()(,)(,)(,)2S I R T SA t X t X t X t A σσσσ=++ （3） SR I T S S L t X v t X v t X v L t X v t X v t ),(),(),(),(),()(11212--=-=ε （4） []⎰⎰--==t R I T S t S S dt t X v t X v t X v L dt t 01120),(),(),(1)(εε （5）式中：A 为压杆的横截面积，s A 为试件的横截面积，S L 为试件的长度。
混凝土类材料霍普金森压杆实验若干问题研究_方秦
・Ⅰ-043・
SHPB 实验技术是对在中高应变率下材料动态压缩力学性能测试的一种主要方法，该实验技术由 Kolsky 于 1949 年提出，也被称为 Kolsky 杆实验技术 。此后，与 SHPB 实验技术相关的研究逐年增加， 如图 3 是 Ei 工程索引中 SHPB 相关文献数据，共 3639 篇。其中在 2001-2010 这十年中，就有 2134 篇有关 SHPB 的期刊与会议论文发表，而 2011 和 2012 这两年更有 747 篇相关论文，其涉及材料包括金属、混凝 土、高分子聚合物材料、陶瓷、泡沫与孔隙材料、有机材料、复合材料、生物材料、功能梯度材料、地质 材料(如：岩石、土壤、冰)、智能材料等，由此可见 SHPB 实验技术及材料动力学性能的测试在工程领域 的重要性。 本文介绍了霍普金森压杆实验的基本原理以及实验技术和数值模拟方面的研究进展，通过采用 ABAQUS 有限元软件对混凝土 SHPB 实验的精细化数值模拟， 深入分析惯性效应产生机理， 并利用所提的 SHPB 实验惯性效应产生机理，较好地解释了 SHPB 实验的尺寸和主动围压的影响规律；基于自主研制的 可 进 行 围 压 和 温 度 共 同 加 载 的 SHPB 实 验 装 置 TSCPT-SHPB(Triaxial Static Confined Pressure and Temperature Split Hopkinson Pressure Bar)，对在 5～25MPa 围压作用下以及在 40℃～80℃，0.0～0.5MPa 围压下的盐岩动态力学性能进行实验研究，分析围压和温度对盐岩动态力学性能的影响；建立三维混凝土 细观模型，对混凝土细观组分对动态响应影响进行研究。
7 6 1
(1)
其中 s 1 /( 5 9 f c 0 10 ) ， log s 6.156 s 2 ， c 为压缩应变率， c 0 30 10 s ，其 DIF 和应变率的 关系曲线如图 2。
霍普金森压杆实验报告
(Байду номын сангаас)
νⅠ = ν2 = ν i +ν r = −c(ε i − ε r )
′ = ν t = −cε t νⅡ = ν 2
(t= ε )
νⅡ −νⅠ
l0 c l0
=
t
c (ε i − ε r − ε t ) l0 − ε r − ε t )dt
ε= (t )
∫ (ε
0
i
(2)
由 (1) 、 (2) 式进而可得试件材料的应力应变关系。根据均匀假定，可得
1. 霍普金森压杆(SHPB)实验装置、基本原理及用途
1.1 实验装置及用途
如图 1 所示为 SHPB 的实验装置及数据采集处理系统：
图 1 SHPB 实验装置
SHPB 装置主要由三部分组成：压杆系统、测量系统以及数据采集与处理系 统。其中压杆系统是由撞击杆、入射杆、透射杆和吸收杆四部分组成。撞击杆也 称之为子弹， 一般来说压杆所采用的截面尺寸及材料均相同，因此子弹的长度就 决定了入射应力脉冲的宽度λ，一般取λ=2L（L 为子弹的长度） ，吸收杆主要是 用来吸收来自透射杆的动能， 以削弱二次波加载效应，为保证获得完整的入射及 反射波形， 入射杆的长度一般要大于子弹长度的两倍，所有压杆的直径应远小于 入射应力脉冲的波长，以忽略杆中的惯性效应影响。 测量系统可以分为两个部分，一个是撞击杆速度的测量系统，另一个是压杆 上传感器测量系统。对撞击杆速度的测量常采用激光测速法，如图 1 所示，在发 射管与入射杆之间装有一个平行光源，用来发射与接收激光信号，两个光源之间 的间距是可测的， 当子弹经过平行光源时，会遮挡住光信号而产生一定宽度的脉 冲信号， 据此可测出子弹通过平行光源的时间即可求出子弹的撞击速度。压杆传 感器测量系统则是在压杆相应位置处粘贴电阻应变片， 并将应变片经电桥连接至 超动态应变测试仪上，据此即可测出压杆中的应变。 数据采集和处理系统主要由 TDS5054B 数字示波器，CS—1D 超动态电阻应 变仪，TDS2000B 波形存储器，以及微机等组成。其作用是完成对信号的采集、 处理和显示。
基于SHPB的混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究
基于SHPB的混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究一、本文概述随着现代工程技术的迅速发展，混凝土及钢筋混凝土材料在冲击、爆炸等极端动载荷作用下的力学行为越来越受到关注。
冲击压缩力学行为研究对于保障工程结构在极端环境下的安全性和稳定性具有重要意义。
本文基于分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，简称SHPB）试验技术，对混凝土及钢筋混凝土在冲击压缩载荷下的力学特性进行了深入的研究。
SHPB试验技术作为一种有效的动态力学测试方法，能够模拟材料在高速冲击下的应力-应变响应，为混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为的研究提供了有力的技术支持。
本文首先介绍了SHPB试验技术的基本原理和试验装置，然后详细阐述了混凝土及钢筋混凝土在冲击压缩载荷下的应力波传播特性、应力-应变关系、能量耗散以及损伤演化等方面的研究内容。
通过对比分析不同条件下混凝土及钢筋混凝土的冲击压缩试验结果，本文揭示了材料在冲击载荷作用下的力学特性变化规律，探讨了冲击速度、试件尺寸、配筋率等因素对材料力学行为的影响。
本文还结合数值模拟方法，对冲击压缩过程中材料的破坏模式、应力波传播规律等进行了深入的分析和讨论。
本文总结了混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究的主要成果和结论，指出了研究中存在的问题和不足，并对未来的研究方向进行了展望。
本文的研究成果不仅有助于深入理解混凝土及钢筋混凝土在冲击压缩载荷下的力学特性，也为相关工程结构的设计和安全评估提供了重要的理论依据和技术支持。
二、冲击压缩试验技术概述冲击压缩试验技术，特别是分离式霍普金森压杆（SHPB）技术，是近年来研究材料在高应变率下动态力学行为的重要手段。
SHPB系统主要由入射杆、透射杆、吸收杆、试件、以及测量装置等组成。
当高压气体驱动入射杆撞击试件时，会在试件中产生冲击压缩效应，同时入射杆和透射杆上的应变片会记录下应变信号，进而计算出试件在冲击过程中的应力-应变关系。
脆性材料shpb实验技术的研究
脆性材料shpb实验技术的研究
脆性材料SHPB实验技术的研究
脆性材料是指在一定载荷范围内，物理性能变化较大的材料，是衡量材料力学特性的重要参数。
SHPB实验技术是一种新型实验技术，用于研究脆性材料的力学特性，它可以模拟脆性材料在短时间内的变形和断裂行为。
SHPB实验技术的原理是将材料的内部应力分布在一定的载荷范围内，以衡量材料在一定载荷下的弹性和破坏性能。
在实验中，材料被放置在一个均匀的横截面板上，然后将这个材料放在一个专用的高速冲击装置中，前后运动使材料受到一个时间和位移梯度的脉冲载荷。
SHPB实验技术的研究可以帮助我们更好的了解脆性材料的力学特性，从而有助于精确的设计和消能材料的应用。
它有助于我们了解材料在拉伸、压缩、翻转和切削等强度条件下的行为特性，从而使我们更好地利用这些材料。
此外，SHPB实验技术还可以用于研究脆性材料中复杂破坏过程中的拉伸、压缩、断裂和持久化等行为，从而更好地利用脆性材料在不同场合中的应用，比如汽车制造业，航空航天等。
总之，SHPB实验技术是一种新型实验技术，可以有效模拟脆性材料力学性能，为我们设计和应用脆性材料提供有价值的理论参考。
SHPB实验技术-力学基础实验课件-中国科技大学-10
物理二维效应：
1 1* 2 2*
1 1* 2 2*
数值模拟结果表明，几何二维效应的影响不大 物理二维效应引起的端面（弹性）凹陷需要分析
硬质聚氨酯泡沫应力-应变曲线
泡沫铝硅合金应力应变曲线
s tres s (M pa)
120
com p re ssion curve s
2
100
1 qu a si -s t at ic : 10 -3s -1
0.6
1 0.001/S 2 0.17/S
7
3 500/S
0.4 4 1100/S 5 1600/S
6 2400/S 0.2 7 3700/S
t (10 ~ 1000 s)
l (0.05 ~ 5m)
需要考虑惯性效应！
膨胀环
优点：装置小，试件更小，勿需考虑惯性效应 缺点：测量难度大，实验精度差
SHPB装置
优点：（i）装置虽大，但因为是细长型 可采用一维应力波理论；
（ii）又试件尺寸小，则可不考虑惯性效应 可按均匀体处理；
（iii）结构简单，便于推广使用。
SHPB中瞬态信号测量
间接测量测压杆上的
i (t), r (t),t (t) s t s t 关系
采用应变片技术（技术最成熟，方法最简单） 因而能使SHPB实验技术得以推广使用
研究领域
材料动态力学性能 金属、聚合物、橡胶、泡沫材料、 肌肉、岩石、陶瓷、混凝土、炸药等
受力状态 压、拉 、扭、剪、压剪
厚薄规限位
端面绝缘 后一石英片，半导体测应力
整形
石英片检测试样两端应力
猪腿部肌肉(纤维方向)的应力应变曲线
engineering stress(Mpa)
高性能混凝土的SHPB测试技术
高性能混凝土的SHPB测试技术论文导读：目前高性能混凝土已成为混凝土研究和应用领域的一大热点。
图中给出的应力应变曲线(含间隙)并非试件真实的动态本构关系。
关键词：高性能混凝土，SHPB测试技术，动态本构关系1 引言随着工程应用科学技术的不断发展和人类文明的高度发达，混凝土作为一种重要的建筑材料，人们对其性能的要求也越来越高。
早先的普通混凝土已不能满足这种日益增长的需求，像高层建筑、大跨工程（桥梁）等对混凝土的性能提出了更高层次的要求。
论文检测。
目前高性能混凝土已成为混凝土研究和应用领域的一大热点。
在实际生活中混凝土不仅要承受准静态载荷，通常还要受到诸如撞击、地震、爆破等强动载荷，这就必然要求了人们把对混凝土的研究提升到冲击载荷下的动态力学性能研究。
混凝土本构关系赖以进行研究的理论基础有：线性本构关系、经典塑性本构模型、非关联塑性理论、摩擦剪胀本构模型的多重屈服本构理论等。
用SHPB装置测试混凝土的本构关系是一种较为简便而有效的试验方法，也是应用最为广泛的试验方法。
通用的SHPB装置中各个接触面间没有间隙，试件的两个端面相互平行。
这种方法的缺点在于：入射波有很强的高频振荡，弥散效应很明显。
倘若能把入射波中部分高频振荡最为厉害的波滤掉，那么所得的结果肯定要比直接得到的要准确。
因此可以尝试采用使试件与入射杆之间预留一定间隙的方法，以求达到滤波的目的。
2 数据结果与分析2.1试验结果图1就是在试件与入射杆之间预留间隙之后的试验结果。
预留间隙总的效果看似是应力变小，应变变大。
以曲线ABC 为例，由于试件与入射杆之间有间隙存在，当入射波传到试件与入射杆的交界面时，入射杆的端面相当于一个自由面，故在这个自由面运动到与试件相接触前的那部分入射波将完全反射，透射波则相当于为零，所以就会有趋近于水平的AB段。
因此，图中给出的应力应变曲线(含间隙)并非试件真实的动态本构关系，但是BC段的斜率真实在反应了试件的弹性模量。
SHPB实验技术研究
雷管
压杆
飞片
Ｉ
图１最初的ＳＨＰＢ装置‘朝 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｉｔｉａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ＳＨＰＢ
典型的ＳＨＰＢ装置及其数据采集处理系统如 图２．当枪膛中的打击杆（子弹）以一定的速度撞击 弹性输入杆时，在输入杆中产生一个入射脉冲ｓ。，应 力波通过弹性输入杆到达试件，试件在应力脉冲的 作用下产生高速变形，应力波通过较短的试件同时 产生反射脉冲ｅ，进入弹性输入杆和透射脉冲￡。进 入输出杆．利用粘贴在弹性杆上的应变片，记录下的 应变脉冲计算材料的动态应力、应变参数［８］．
２ ＳＨＰＢ实验装置的研究
众多学者在拓宽ＳＨＰＢ实验研究领域的基础 上，结合实际及科研工作的要求，对ＳＨＰＢ实验装 置进行有针对性的改进，以满足不同材料的测试需要．
Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ［１ ０。、Ｌｉｎｄｈｏｌｍ［１妇先后设计了用于 三轴ＳＨＰＢ实验装置，但是并未得到大的发展．于 亚伦［１２３利用三轴ＳＨＰＢ实验装置，对岩石的动载特 性、破坏机理及微观损伤机理进行了研究并建立相 应的本构方程．Ｖｅｒｌｅｙｓｅｎ［１３］推荐直径为２５ ｍｍ的 铝杆，认为比较适合脆性材料冲击压缩试验；拉伸破 坏是脆性材料破坏的一种主要类型，研究者最此进 行了大量的研究，设计了许多试验装置和方法．如 Ａｌｂｅｒｔｉｎｉ［１４３等人设计的爆炸加载拉伸设备，Ｔａｂａ— ｋａ［１５１设计的杆式拉伸装置，将过去直接拉伸发展成 为间接拉伸的试验方法；薛青‘１６３对传统的Ｈｏｐｋｉｎ— ｓｏｎ扭杆进行改进，即在原杆系中附加了两个卸
材料动态力学冲击实验技术-shpb。高温下SHPB相关实验技术。
二、基本理论
霍普金森压杆(SHPB)测试中两种数据处理方法。
6
三、高温实验方法及应该注意到的问题
高温SHPB研究的发展
7
三、高温实验方法及应该注意到的问题
利用SHB测量材料高温下的动态力学性能主要面临两方面的问题：
实验装置设计上的困难 实验数据处理上也有一定的难度
消除温度影响的方法主要分为两类：
利用特殊设计的实验装置，降低进而忽略温度梯度的影响 处理实验数据时设法消除温度梯度场的影响
8
三、高温实验方法及应该注意到的问题
目前高温SHPB装置的实验方案之一：局部导杆和试件共同加热
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三、高温实验方法及应该注意到的问题
目前高温SHPB装置的实验方案之二：高温动态实验技术则通过单独 对试件加热，待试件加热完成后，再利用机械装置将导杆与试件快 速组装
实现的实验的两种做法
10
三、高温实验方法及应该注意到的问题
目前高温SHPB装置的实验方案之三：采用温度不敏感材料来避开温 度梯度影响的实验方法。
例如：在压杆和试件之间添加耐高温、高强度的铝陶瓷短杆，实验时将其和试样 同时加热，既可保证试件温度场恒定，同时又可避开压杆温度场对应力波传播的 影响。
11
材料与结构的冲击行为
高温下SHPB相关实验技术
材料动态力学冲击实验技术 -shpb
我是个魔鬼 2019年11月26日
目录 一、背景与任务 二、基本理论 三、冲击加载条件下动态力学行为的研究是许多涉及冲 击加载问题的工程设计的基础
3
二、基本理论
三、高温实验方法及应该注意到的问题
目前高温SHPB装置的实验方案之三：采用温度不敏感材料来避开温 度梯度影响的实验方法。
SHPB
在0～30s-1之间，在第一个极值出现之前，随着冲击
速度或者应变率的增加，由动态应力—应变曲线可以 看出，曲线越接近直线，但是，曲线之间的偏离比较 明显，重叠性不好，从曲线中也看不出完全意义上的 直线，表现出其具有明显的应变率效应，若用割线法
计算弹性模量，可以看出，随着应变率的不断增加，
弹性模量会有显著的增加。阶段是明显的不同的。
各领域的重视，研究这类材料在各种冲击载荷下的力 学行为已经成为有关设计部门日益关注的问题。 武器工程设计与分析中，大量涉及材料的动态力 学性能方面的研究课题，如武器服役的安全性及抗事
故能力、爆炸驱动下材料的高速变形与破坏等等。
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二、霍普金森压杆实验技术
分离式霍普金森压杆（简称SHPB）实验技术发 明至今已有60多年的历史，已成为测量材料动态力学 性能的主要手段之一。 国内有关科研单位为了不同的研究目的，相继建 立起尺寸不同的SHPB装置，我校土木建筑学院冲击 动力学研究室的SHPB装置于2009年开始工作。
SHPB实验技术及其工程应用
力学系 刘文震
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一、前言
我国的煤炭资源是相当丰富的，储量和产量都位 于世界的前列。
煤炭资源是我国的主要能源，预计即使到 2050 年，煤炭在能源构成中所占比重仍为50%以上。
受诸多因素影响，长期以来，块煤率较低、煤尘 较高的现状改变缓慢。
提高块煤率、通过试验确定相关参数，这些都具 有重要的理论和科研意义。
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二波法公式：
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三、煤的动态冲击试验
我们选用直径为50mm的锥形变截面钢杆进行 煤的动态力学性能试验。
1、试件加工制作
在试件尺寸的设计方面，为了消除横向惯性运动
SHPB实验系统操作规程 - 生态建筑
SHPB实验系统操作规程试验前准备：(1) 试件准备保证试件变形后的直径不大于压杆直径，且试件高度大约为其直径的一半；必须保证试件两端面的不平度、以及两端面的不平行度小于0.02。
(2) 杆系对中调整以发射管轴线为基准调整杆系。
将子弹置于发射管内部(出头20mm左右)，并以其端面为基准先调整入射杆。
调整方式是将入射杆用前后两个中心支架支撑；调整前，先松开侧面的锁紧螺丝(在侧面，由4个螺栓固定的一块方板中间的螺纹孔内)；调整前、后中心支架并使杆端面与子弹端面密合。
调整完毕后，锁紧锁紧螺丝；再将其它中心支架滚轮轻轻靠上(杆在轴向运动时，刚好能带动滚轮滚动)。
调试工具为高度尺、水平尺、千分表等。
(3) 应变片粘贴应变片粘贴技术按试验规程要求。
其中，在杆横截面一条直径两端，沿轴向粘贴两片半导体应变片，串联后作为1/4桥臂接入桥盒；或采用半桥接法。
应变片在杆件的轴向位置：入射杆：在中间。
透射杆：在靠近试件的1/3处。
同时，在入射杆上和透射杆上各贴两组以备用；并记录所用应变片到试件端面的距离。
(4) 气源准备采用瓶装高压氮气或高压空气。
检查瓶内气压，气压值要求大于2.0MPa；否则需要更换。
(5) 子弹就位旋开发射管泄气阀(发射器上表面，最靠近发射管的一个阀)后，用软质杆(铜质、铝质、塑料)将子弹推入到适当位置(可根据需要)。
如到发射管底部，会发出声音。
然后旋紧发射管泄气阀。
(6) 脉冲整形器将脉冲整形器用凡士林涂敷入射杆端部一面(靠近子弹)。
(7) 缓冲装置就位(8) 脆性试件压缩冲击时的安全防护进行脆性材料试验时，将试件部分加套安全防护装置，避免试件破碎产生飞溅，对人员及设备造成危害。
试验开始：(1) 打开气源开关。
(2) 调节减压阀，使出口压力略大于试验所需要的压力。
(3) 旋开发射器侧面的充气开关进行充气，并注意压力表值；当压力表值达到期望值时，关闭充气阀。
如充气过量，可旋开发射器泄气阀泄压；该阀与发射管泄气阀形状相同，与压力表并排。
用于软材料的双子弹电磁驱动SHPB 系统
DOI ：10.11883/bzycj-2017-0394用于软材料的双子弹电磁驱动SHPB 系统*谢倍欣1，汤立群1，姜锡权2，史景伦3，赵伟健3，佘瀚笙3，张泳柔1，刘逸平1，蒋震宇1（1. 华南理工大学土木与交通学院亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510640；2. 陆军炮兵防空兵学院，安徽 合肥 230031；3. 华南理工大学电子与信息学院，广东 广州 510640）摘要： 软材料的动态力学性能研究一直备受关注，目前分离式Hopkinson 压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)技术是其最重要的测试手段，然而在测试超软材料时实验装置设计方面仍存在许多有待改进之处。
本文中研制了一套双子弹电磁驱动SHPB 系统，使用聚碳酸酯作为杆件材料以克服软材料试件带来的诸多困难，引入了双子弹设计方案解决了电磁驱动方式难以应用于非铁磁材料的问题，并有效保证了子弹速度的准确控制。
使用双子弹电磁驱动SHPB 系统和传统金属SHPB 装置同时对硅胶材料的动态力学性能进行了测试，实验结果的吻合性验证了本套系统的可靠性。
应用双子弹电磁驱动SHPB 系统开展了聚乙烯醇(polyvinyl alcohols, PVA)水凝胶这种超软材料在高应变率下的实验，成功表征出其动态力学性能。
关键词： 分离式Hopkinson 压杆(SHPB)；电磁驱动；双子弹；软材料中图分类号： O347.3 国标学科代码： 13015 文献标志码： A软材料具有非常广泛的应用背景，而其服役过程往往涉及动态加载工况，因此测试并表征其动态力学性能十分必要。
分离式Hopkinson 压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)技术是目前最重要的表征材料动态力学性能的实验手段[1]，自提出以来已经用于多种材料在高应变率下的力学性能测试，而研究者们也纷纷利用SHPB 开展软材料的动态实验[2]。
基于SHPB技术测试典型金属动态压缩性能的尺寸效应分析
基于SHPB技术测试典型金属动态压缩性能的尺寸效应分析1. 内容概述SHPB技术作为一种先进的材料动态力学性能测试手段，近年来在材料科学领域受到了广泛关注。
在本文档中，我们将首先简要介绍SHPB技术的原理及其在金属动态压缩性能测试中的应用。
我们将通过具体的实验数据和理论分析，详细讨论不同尺寸下金属的动态压缩性能及其尺寸效应。
我们还将探讨尺寸效应对金属动态压缩性能的影响机制，为优化材料设计和提高材料性能提供有益的参考。
我们将对实验结果进行总结，并提出一些针对性的结论和建议。
通过本文档的研究，我们期望能够为相关领域的研究者提供一种基于SHPB技术的金属动态压缩性能测试方法，并为未来材料科学的发展提供有益的启示和借鉴。
1.1 研究背景金属材料的动态压缩性能是材料科学和工程领域中的一个重要研究方向，尤其在航空航天、汽车制造、建筑结构等领域具有广泛的应用前景。
金属材料在受到外部冲击或压力时，会产生塑性变形，甚至断裂。
研究金属材料的动态压缩性能对于评估其在实际应用中的安全性和可靠性具有重要意义。
传统的金属动态压缩性能测试方法主要包括霍尔效应法、光电子能谱法等，但这些方法往往存在测试时间长、精度低等问题。
基于分离式霍普金森压杆（SHPB）技术的动态压缩性能测试方法逐渐受到关注。
SHPB技术具有操作简便、精度高、时间短等优点，能够较为真实地反映材料的动态压缩性能。
在使用SHPB技术进行金属动态压缩性能测试时，尺寸效应是一个不可忽视的问题。
金属材料的尺寸效应是指材料在不同尺寸下的力学性能存在差异，这主要是由于材料的微观结构、缺陷、表面处理等因素引起的。
在研究金属材料的动态压缩性能时，必须考虑尺寸效应的影响，以便更准确地评估材料的性能。
为了深入研究基于SHPB技术测试典型金属动态压缩性能的尺寸效应，本论文首先对相关文献进行了综述，介绍了SHPB技术的基本原理、实验方法以及尺寸效应的研究现状。
通过实验和数值模拟相结合的方法，研究了不同尺寸下典型金属的动态压缩性能及其尺寸效应，为进一步优化材料和提高其性能提供了理论依据。
软材料的SHPB实验设计_卢芳云
第22卷 第1期爆炸与冲击V ol.22,N o.1 2002年1月EXP LOSI ON AND SH OCK W AVES Jan.,2002 文章编号:100121455(2002)0120015205软材料的SHPB实验设计卢芳云1,W.Chen2,D.J.Frew3(1.国防科技大学理学院,湖南长沙 410073;21AME,The University of Arizona,Tucs on,AZ85721201190,US A; AE Waterways Experiment S tation,Vicksburg,MS3918026199,US A) 摘要:通过对SHP B实验中加载波波形进行控制设计,实现软材料试样在加载过程中的应力平衡和常应变率加载,从而保证SHP B实验的前提条件。
采用这种方法研究了两种材料的高应变率本构,实验结果表明:设计的方法是行之有效的。
关键词:软材料;SHP B实验;加载波整形Ξ 中图分类号:T B301 文献标识码:A1 引 言 近年来,材料科学的兴起和不断发展,使一大批新型工程材料不断涌现出来。
其中,软材料或低波阻抗材料作为一种新型的缓冲吸能材料,越来越受到航空、航天、军事防护、包装运输,甚至战斗部设计等各领域的重视,被广泛应用于易损物品的缓冲包装、重要设备的防护及结构物内部填充,甚至复合材料的构造中。
因此,研究这类材料在各种冲击载荷下的力学行为已成为有关设计部门日益关注的问题。
许多材料的本构行为是应变率相关的(即材料在高应变率动载下的响应行为与其静态加载条件下的行为大不相同),软材料尤其如此。
准确获得材料在不同加载条件下的本构特性,是合理进行工程设计的基础,也为当今日益兴旺的计算机仿真提供正确的材料模型和可靠的材料数据。
分离式H opkins on压杆(SHP B)技术自1949年发明[1]至今已有50多年,已成为测量材料中高应变率本构行为的一项经典技术。
软材料的低阻抗SHPB实验技术与应用
软材料的低阻抗SHPB实验技术与应用张方举;何鹏;胡文军;谢若泽【摘要】The low impedance SHPB of polycarbonate (PC) bars technique was introduced, the wave propagation in the PC bars was analyzed with the method of wave propagation coefficient, and the wave propagation coefficients according to wave attenuation and dispersion were given. The waveform was predicted with the obtained attenuation exponent and phase speeds, which was accorded with the measured wave. With the low impedance SHPB technique, the dynamic stress-strain curves of two kinds of soft materials, foams and rubbers, were obtained.%介绍了一种以聚碳酸酯(PC)材料为波导杆的低阻抗SHPB系统,采用波传播系数实验方法分析PC杆中的波传播过程,得到了PC杆中与波衰减和弥散相关的波传播系数,并利用所测衰减指数和相速度预测了波形,预测波形与实测波形符合较好.应用低阻抗SHPB,获得了泡沫和橡胶两类典型低阻抗材料的动态力学性能.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2012(038)002【总页数】5页(P17-20,55)【关键词】低阻抗SHPB;衰减;弥散;应力波;软材料【作者】张方举;何鹏;胡文军;谢若泽【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TQ328;TM934.730 引言SHPB自发明以来，由于其结构简单、数据处理简便而越来越得到广泛应用。
混凝土材料SHPB主动围压实验的数值模拟
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第２ ２卷
第 ｌ 期
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文 童 编 号 ：１０ －４ ５ ２Ｏ ）ｌ０ １—５ ０ １１５ 【０ ２ Ｏ 一 ５０ ０
虑 波传播 的弥散效 应进 行理 论分析 ＿ 对信 号 加以修 正 ， ７ 使之 较 准 确地 反 映 材料 的本性 。从 我 们 的经 验
来看 ， 使 软材料 的 Ｓ Ｐ 欲 Ｈ Ｂ实验能获 得有 效 的实验数 据 ， 改进 实验技 术使 之满 足其 前提 条 件 应该是 一 个
首选 的 研究途 径 。因 为 ， 数据处 理过 程可 以修 正信号 失真 ， 但不 能 改善 实验条 件 。 我们 采用 输人 渡 整形技术 ， 通过 调整加 载 波形 ， 试 样加 载 过 程 中达 到应 力平 衡 可 变形均 匀 化 ， 使 并 实现 常应 变率 加载 ， 进行 实时监 测 。实验结 果表 明 ， 运用 这种 方 法 ， 多数 软 材 料在 实验 过 程 中 能获得 大 常应 变 率加 载下 的均 匀变形 ， 保证 了 ｓ Ｐ Ｈ Ｂ实验 的前 提 条件 ， 而保 证 了实验 结 果 的有 效 可用。文 中给 从 出了两种 软 材料 的实验 本构 曲线和 试样在 实验 过程 中受力平 衡 的监测 情 况 。 与此 同时 ， 维 应力 波传 播 是Ｓ Ｐ 实 验技 术 的 另一 前 提 。 于 软 材料 ， 取 合理 的试 样设 计 原则 一 ＨＢ 对 采
收 稿 日期 ： ０ ０ １一 ； 修 回 日期 ： ０ １ ６ ２ ２ ０ － Ｊ ０ ３ ２０ — — ０ ０
作者简介 ： 卢芳 云 （９３ １６一
） ，女 ， 士 ， 博 教授 。
３ Ｕ Ａ ｔｒ ａｓＥ ｐ ｒ ｎ ｔｔ ｎ， ｉｋ ｂｒ ， ９ ８ —１９， Ｓ ． Ｓ Ｅ Ｗａｅｗ ｙ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ａｉ Ｖ ｃｓ ｕｇ ＭＳ３ １０６ ９ Ｕ Ａ） ｉ Ｓ ｏ
摘要 ： 过耐 Ｓ Ｐ 通 Ｈ Ｂ实 验 中加 载 渡 波 形 进 行 控 制 设 计 ． 现 软 材 料 试 样 在 加 载 过 程 中 的 应 力 平 衡 和 常 应 实 变率 加 载 ． 而 保 证 Ｓ Ｐ 从 Ｈ Ｂ实 验 的前 提 条 件 采 用这 种 方 法研 究 了 两 种 材 料 的 高应 变 率 本 构 ， 验 结 果 表 明 ： 实
软 材 料 的 Ｓ Ｂ 实 验 设 计 ＨＰ
卢芳云‘Ｗ Ｃｅ２Ｄ ＪＦ ｗ ， ｈｒ ， ．．ｒ ３ ｔ ｅ
（ 国 防科 技 大 学 理 学 院 ， １ 湖南 长 沙 ４０ ７ ； １０ ３
２ ＡＭＥ． ｈ ｎｖ ｒｉ ｆＡ ｉ ｎ ． ｕ ｓｎ， Ｚ ８ ７ １０１ ９ Ｕ Ａ； ． Ｔ ｅ Ｕ ｉｅｓｔ ０ ｒｚ ａ Ｔ ｃ ｏ Ａ ５ ２ — １０， Ｓ ｙ ｏ
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杆 实 验 的前 提条件 第二 ， 数据处 理上 修正 误差 。针对 应 力信号 较弱 的问 题 ， 在 常常采 用降低输 出杆
的渡 阻抗 ， 采用 铝杆 、 弹性 杆 ＿ 和空 心杆 作为 输 出杆 的方 法 ， 采用 高 灵 敏度 石 英 晶体 测试 的方 如 牯 ］ 或
法。， ‘ 来提 高信 号 的信 噪 比 ； 对信 号失真 的问题 ， 针 或采用数 据处 理 的解耦 方 法来 修正数 据误差 ＿ ， ６ 或考 Ｊ
设 计 的 方 法 是行 之有 效 的 。
关键词 ： 软材 料 ：Ｈ Ｂ实 验 ； 载 渡 整 形 ＳＰ 加
中 图 分 类 号 ： Ｂ ０ Ｔ ３１ 文献标识码 ： Ａ
１ 引 言
近年 来 ， 材料科 学 的兴起 和不断 发展 ， 一大批 新 型工 程材 料 不 断涌 现 出来 。其 中 ， 使 软材 料或 低波 阻抗 材料 作 为一种 新 型的缓 冲吸 能材 料 ， 来越 受 到航 空 、 天 、 事 防 护 、 越 航 军 包装 运 输 ， 至 战斗部 设 计 甚 等各 领域 的 重视 ， 广泛 应用 于易损 物品 的缓 冲包装 、 要设 备 的防护 及 结 构 物 内部填 充 ， 至复 合材 被 重 甚 料 的构 造 中。 因此 ， 究这类 材料 在各种 冲击 载荷 下的力 学行 为 已成为 有关 设 计部 门 日益关 注的问题 。 研 许 多材 料的本 构行 为是 应变率 相关 的（ 即材 料 在高应 变 率 动载 下 的响 应行 为 与 其静 态 加 载条 件 下的行 为 大不 相同 ） 软材 料尤 其 如此 。准 确获 得材 料在 不同 加载 条件 下 的 本构 特 性 ， 合理 进 行 工程设 计 的 ， 是 基础 ， 为 当今 日益兴 旺 的计算机仿 真提 供正 确 的材 料模 型和 可靠 的材 料数 据 。 也 分 离式 Ｈ ｐ ｉ ｏ ｏｋ ｓｎ压杆（ Ｈ Ｂ 技 术 自 １４ ｎ ＳＰ ） ９ ９年 发明 ｒ 至今 已有 ５ ０多年 ， 已成 为测 量材 料 中高 应变率 本构 行 为的一 项经 典技 术 。然 而 ， 由于软材 料 的低 模 量 和低 强 度 特点 ， 使得 运 用 传 统的 ｐｉ ｏ ｋｎ ｎ杆技 ｓ 术不 能 获得有 效 可用 的实验结 果 。原因有 二 ： 第一 ， 在加 载过程 中难 以保 证试 样 中的力平 衡 或变形均匀 性 而 这是 Ｈ ｐ ｉ ｏ 实验 的前提 之一 ； 二 ， 。． ｏｋｎ ｎ杆 ｓ 第 应力 信 号微 弱 ， 使得 真 实 信 号 的误差 很 大 。意识 到 这 两个 问题 的研 究人 员 ， 目前 主要考虑 两类 解 决途 径 ： 一 ， 实验 技 术 上 改进 ， 实验 过程 满 足 Ｈ ｐ ｉ一 第 从 使 ｏｋｎ