SHPB实验技术研究
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卢芳云等［２１］针对软材料的动态特性，在实践中 提出：①入射波整形技术；②用石英晶体获得输出杆 中应力信号．王永刚等［２２］用ＰＶＤＦ压电计直接测量 试件两端面的仃～￡曲线，实践表明ＰＶＤＦ压电计能 够解决低阻抗多孔材料ＳＨＰＢ实验技术中某些难 题．孟益平［２３１引进了万向头，理论上消除了因试件 与压杆之间接触不平而造成的误差．宋博［２４＇２５］对泡 沫材料中的冲击波及试件早期的应力不均性进行了 探讨，提出应力波和材料结构的耦合方法来研究泡
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］．
缸）一譬继飞、），
（１）
￡（￡）＝－。７－ｏ Ｉ（ｅｉ一￡，一ｅ。）ｄｔ，
（２）
仃（￡）一≠｝Ｅｏ（ｅ｛＋ｅ，＋ｅ。）．
（３）
厶，１０
式中Ｃｏ、Ａ。、Ｅ０、Ｌ分别为弹性压杆的波速、横截面
积、弹性模量及试件的原始长度．由此得到试件的动
态应力、应变、应变率随时间变化趋势，进而在时间
尺度上得出三者之间的对应关系．
ＳＨＰＢ实验的基本原理是细长杆中弹性应力波 传播理论［９］，是建立在二个基本假定的基础上，即一
维假定（又称平面假定）和应力均匀假定．一维假定 就是认为应力波在细长杆中传播过程中，弹性杆中 的每个横截面始终保持为平面状态；应力均匀假定 认为应力波在试件中反复２～３个来回，试件中的应 力处处相等．由此可利用一维应力波理论确定试件 材料的应变率；（￡）、应变ｅ（￡）和应力盯（￡）
3133作4shpb技术方面存在的主要问题及讨论尽管shpb实验技术有了长足的发展但随着科学技术与材料科学以及工程实际的发展需要shpb实验出现了令众多学者无法回避的问题这些问题可能是制约shpb实验技术发展的瓶颈作者提出当前存在的主要问题希望与大家共同探讨
第２ １卷 第１期 ２００６年３月（页码：２７３～２７８）
万方数据 院路丁１１号力建学院博２００４—１．（Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｍｄ２００５＠１６３．ｃｏｍ）
２７４
地球物理学进展
２１卷
（１９１４年）提出的具体装置如图１所示，它可能是测 试瞬态脉冲应力的第一种方法，仅可用于测量冲击 载荷的脉冲波形．Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆的本质上是一种 简单的弹性杆，在杆的一端施加未知的压力一时间 载荷，产生一个弹性波在杆中传播，弹性波通过试件 时，使试件发生塑性变形．通过正确的测试技术，应 用弹性波理论可以在杆的输入、输出端记下扰动波 的一些参量，由于压杆保持弹性状态，不仅可以测试 施加的载荷，也可以测试杆端的位移．试件、杆和载 荷之间可以有不同的位置安排，１９４９年Ｋｏｌｓｋｙ［６１将 压杆分成两段，通过加速的质量块、短杆撞击或炸药 爆轰产生加速脉冲，试件置于输入杆和输出杆中间， 利用这一装置可测量材料在冲击载荷作用下的应力 一应变关系．Ｋｏｌｓｋｙ的工作是一项革命性改进，现 代的ＳＨＰＢ都是在其基础上发展而来，所以ＳＨＰＢ 杆也称之为Ｋｏｌｓｋｙ杆．
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
３ ＳＨＰＢ实验数据处理研究
ＳＨＰＢ的数据分析和处理是实验技术中重要的 基本技能，没有良好的数据处理能力，再好的实验装 置采集得到的信号、信息，很可能得不到实验真实性
地球物理学进展
２１卷
的描述，甚至分析的结果会对材料原始属性造成歪 曲．因此，加强实验数据处理技术的研究是十分必要的．
王礼力瞳８１提出对ＳＨＰＢ实验数据反分析的想 法，其基本思想是在实验中把试件中应力波与应力 效应解耦，同时把试件设计成易于进行应力波传播 分析的简单结构，测量试件的动态响应，由此反推材 料的动态本构关系．宋博等［２９］分析了ＳＨＰＢ实验中 导致试件早期应力不均性的主要因素，指出试件中 应力波的波速与材料的应力应变曲线耦合在一起， 提出了考虑应力不均匀性的解耦方法．朱珏等［３０］把 数值分析与ＢＰ神经网络结合起来，利用两者的优 势互补对压杆中应力波的传播进行讨论，一定程度 上削弱了大直径压杆的几何弥散问题．由于小波分 析在地球物理方面已经取得了成功的应用［３卜３引，作 者下一步将对小波分析应用到ＳＨＰＢ实验数据处 理方面进行研究．
０引 言
近年来，新型工程材料不断涌现出来．特别是软 材料及复合材料越来越受到航空、航天、军事防护等 各领域的重视［１］．因此，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．准确地获得材料的本构特性，是合理进行工程 设计的基础，也为模拟仿真技术提供正确的材料模 型和可靠的材料属性数据口］，同时也是研究地壳岩 石动力学特性的基础工作［３－５３．
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测速电路 Ｉ超动态应变仪｝ｊ瞬态波形存储器｝＝爿 数据处理系统 Ｉ
图４直锥变截面式巾７４ ｍｍＳＨＰＢ示意图‘２叩 Ｆｉｇ．４ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ＳＨＰＢ ｗｉｔｈ ｒｉｇｈｔ ｃｏｎｅ ｏｆ＋７４ ｍｍ
波杆，分别置于输入杆首端和输出杆尾端．通过两个 特殊设计的传动器保证将一次加载后的应力波导入 卸波杆，并及时地分离杆系和卸波杆，消除了应力波 的反复加载效应，实现了单脉冲加载．Ｚｈａｏ［１７１提出 粘弹性ＳＨＰＢ技术，并对软材料动态力学性能进行 研究，认为动态力学参数的测试优于弹性压杆．刘剑 飞［１８，１９１在ＳＨＰＢ装置上采取半导体应变片及新的 数据计算模式，初步解决了对低阻抗介质测试难点 及消减了入射波的振荡．刘孝敏［２阳采取变截面的方 法将＋３７ ｍｍ改装成＋７４ ｍｍ进行混凝土材料的动 态参数测试．这是一种新的尝试，但是变截面的方法 能否符合ＳＨＰＢ基本理论，还值得进一步深入探 讨．
１ ＳＨＰＢ原理与试验技术
ＳＨＰＢ实验装置的基本原型是ＨｏｐｋｉｎｓｏｎＥ７］
收稿Ｅｔ期 基金项目
２００５—０７—１０； 修回日期 ２００５—０８～２０． 国家自然科学基金项目（１０２７２１０９）资助．
作者简介冯明德（１９７４一），男，辽宁阜新人，博士研究生，主要从事工程爆破和材料动力学方面的研究．联系地址：１０００８３，北京海淀区学
分离式（Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ）压杆（Ｓｐｌｉｔ Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｂａｒ，简称ＳＨＰＢ）实验技术自１９４９年由 Ｋｏｌｓｋｙ［６０发明至今已有５０多年的历史了，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不同尺寸的 ＳＨＰＢ装置，如总参三所（夺１００），中国矿业大学（北 京校区）（夺７５）及中国科学技术大学变截面巾７４的 ＳＨＰＢ装置．然而ＳＨＰＢ实验技术的发展，实验装置 的改进、数据分析处理等方面都都取得了长足的进 步．本文系统地综述了ＳＨＰＢ实验技术的研究概 况，包括ＳＨＰＢ实验的基本原理、装置的改进及数 据处理等领域的进展．同时指出当前存在的主要问 题，并在此基础上进行针对性的讨论．
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＳＨＰＢ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｄ— ｖａｎｃｅ ｏｆ ＳＨＰＢ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙ，ｉｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｕｄｙ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｏｎ．Ａｎｄ ｉｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｕｎｂｉｎｄ—ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｈａｐｅｒｓ ｍｉｎｉｓｈ ｗａｖｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｍａｔｈｅ— ｍａｔｉｃｓ ｓｏｌｖｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＳＨＰＢ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
万方数据
沫材料动态性能，但结构参数的选取存在随机性． Ｚｈａｏ［２６］、巫绪涛等‘２７３通过测量一根压杆两个不同 位置的应变，利用输入杆对试件的多次加载来研究 软材料的动态力学性能，测得的最大应变增大了２ ～３倍，其原理如图５所示．
Ａ
Ｂ
图５两点测试法原理示意图‘２３３ Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａ ｆｏｒ ｗａｖｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［２３］
关键词 ＳＨＰＢ，实验技术，动态力学性能，研究进展
中图分类号 ０１４４２
文献标识码 Ａ
文章编号 １００４—２９０３（２００６）０１—０２７３—０６
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＳＨＰＢ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＦＥＮＧ Ｍｉｎｇ～ｄｅｌ， ＰＥＮＧ Ｙａｎ—ｊ ｕ２，ＬＩＹ Ｙｏｎｇ—ｑｉａｎ９１， ＮＩＵ Ｈａｌ—ｃｈｅｎ９１， ＬＩ Ｒａｎｌ
地球物理学进展 ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥｏＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖ０１．２１ Ｎ０．１ Ｍａｒ．德１， 彭艳菊２， 刘永强１， 牛海成１， 李 然１
（１．中国矿业大学（北京校区）力学与建筑工程学院，北京１０００８３； ２．中国地震局地壳应力研究所，北京１０００８５）
摘 要 霍普金森压杆（ｓＨＰＢ）实验技术作为材料动态力学性能测试的有效手段，广泛地应用于材料的动态力学性
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．［ｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｒｕｓｔａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｕｒｅａｕ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００８５，Ｃｈｉｎａ）
万方数据
‘菡
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图２ ＳＨＰＢ装置示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｋｅｅｔｈ ｍａｐ ｏｆ ＳＨＰＢ ｉｎｓｔａｌｌ
一缸
１期
冯明德，等：ＳＨＰＢ实验技术研究
吸收秆阻尼器
黧 ～挚 三王＝二；三±ｌ～Ｚ翻１
图３三轴ＳＨＰＢ装置Ｄ２］
Ｆｉｇ．３ ＳＨＰＢ ａｐｐａｒａｔｕｓ
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能研究．本文系统地综述了ＳＨＰＢ实验技术的研究进展，指出＂－３前存在的主要问题，并在此基础上提出解决问题的基
本思路与方法．具体包括实验技术的基本原理、实验装置及数据处理方法的改进；提出了直接法和数据解耦的方法处
理应力不均匀问题、使用软介质的方法处理大直径杆的弥散效应问题、用数学计算的方法处理试件端面摩擦效应的 问题．
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］．
缸）一譬继飞、），
（１）
￡（￡）＝－。７－ｏ Ｉ（ｅｉ一￡，一ｅ。）ｄｔ，
（２）
仃（￡）一≠｝Ｅｏ（ｅ｛＋ｅ，＋ｅ。）．
（３）
厶，１０
式中Ｃｏ、Ａ。、Ｅ０、Ｌ分别为弹性压杆的波速、横截面
积、弹性模量及试件的原始长度．由此得到试件的动
态应力、应变、应变率随时间变化趋势，进而在时间
尺度上得出三者之间的对应关系．
ＳＨＰＢ实验的基本原理是细长杆中弹性应力波 传播理论［９］，是建立在二个基本假定的基础上，即一
维假定（又称平面假定）和应力均匀假定．一维假定 就是认为应力波在细长杆中传播过程中，弹性杆中 的每个横截面始终保持为平面状态；应力均匀假定 认为应力波在试件中反复２～３个来回，试件中的应 力处处相等．由此可利用一维应力波理论确定试件 材料的应变率；（￡）、应变ｅ（￡）和应力盯（￡）
3133作4shpb技术方面存在的主要问题及讨论尽管shpb实验技术有了长足的发展但随着科学技术与材料科学以及工程实际的发展需要shpb实验出现了令众多学者无法回避的问题这些问题可能是制约shpb实验技术发展的瓶颈作者提出当前存在的主要问题希望与大家共同探讨
第２ １卷 第１期 ２００６年３月（页码：２７３～２７８）
万方数据 院路丁１１号力建学院博２００４—１．（Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｍｄ２００５＠１６３．ｃｏｍ）
２７４
地球物理学进展
２１卷
（１９１４年）提出的具体装置如图１所示，它可能是测 试瞬态脉冲应力的第一种方法，仅可用于测量冲击 载荷的脉冲波形．Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆的本质上是一种 简单的弹性杆，在杆的一端施加未知的压力一时间 载荷，产生一个弹性波在杆中传播，弹性波通过试件 时，使试件发生塑性变形．通过正确的测试技术，应 用弹性波理论可以在杆的输入、输出端记下扰动波 的一些参量，由于压杆保持弹性状态，不仅可以测试 施加的载荷，也可以测试杆端的位移．试件、杆和载 荷之间可以有不同的位置安排，１９４９年Ｋｏｌｓｋｙ［６１将 压杆分成两段，通过加速的质量块、短杆撞击或炸药 爆轰产生加速脉冲，试件置于输入杆和输出杆中间， 利用这一装置可测量材料在冲击载荷作用下的应力 一应变关系．Ｋｏｌｓｋｙ的工作是一项革命性改进，现 代的ＳＨＰＢ都是在其基础上发展而来，所以ＳＨＰＢ 杆也称之为Ｋｏｌｓｋｙ杆．
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
３ ＳＨＰＢ实验数据处理研究
ＳＨＰＢ的数据分析和处理是实验技术中重要的 基本技能，没有良好的数据处理能力，再好的实验装 置采集得到的信号、信息，很可能得不到实验真实性
地球物理学进展
２１卷
的描述，甚至分析的结果会对材料原始属性造成歪 曲．因此，加强实验数据处理技术的研究是十分必要的．
王礼力瞳８１提出对ＳＨＰＢ实验数据反分析的想 法，其基本思想是在实验中把试件中应力波与应力 效应解耦，同时把试件设计成易于进行应力波传播 分析的简单结构，测量试件的动态响应，由此反推材 料的动态本构关系．宋博等［２９］分析了ＳＨＰＢ实验中 导致试件早期应力不均性的主要因素，指出试件中 应力波的波速与材料的应力应变曲线耦合在一起， 提出了考虑应力不均匀性的解耦方法．朱珏等［３０］把 数值分析与ＢＰ神经网络结合起来，利用两者的优 势互补对压杆中应力波的传播进行讨论，一定程度 上削弱了大直径压杆的几何弥散问题．由于小波分 析在地球物理方面已经取得了成功的应用［３卜３引，作 者下一步将对小波分析应用到ＳＨＰＢ实验数据处 理方面进行研究．
０引 言
近年来，新型工程材料不断涌现出来．特别是软 材料及复合材料越来越受到航空、航天、军事防护等 各领域的重视［１］．因此，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．准确地获得材料的本构特性，是合理进行工程 设计的基础，也为模拟仿真技术提供正确的材料模 型和可靠的材料属性数据口］，同时也是研究地壳岩 石动力学特性的基础工作［３－５３．
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测速电路 Ｉ超动态应变仪｝ｊ瞬态波形存储器｝＝爿 数据处理系统 Ｉ
图４直锥变截面式巾７４ ｍｍＳＨＰＢ示意图‘２叩 Ｆｉｇ．４ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ＳＨＰＢ ｗｉｔｈ ｒｉｇｈｔ ｃｏｎｅ ｏｆ＋７４ ｍｍ
波杆，分别置于输入杆首端和输出杆尾端．通过两个 特殊设计的传动器保证将一次加载后的应力波导入 卸波杆，并及时地分离杆系和卸波杆，消除了应力波 的反复加载效应，实现了单脉冲加载．Ｚｈａｏ［１７１提出 粘弹性ＳＨＰＢ技术，并对软材料动态力学性能进行 研究，认为动态力学参数的测试优于弹性压杆．刘剑 飞［１８，１９１在ＳＨＰＢ装置上采取半导体应变片及新的 数据计算模式，初步解决了对低阻抗介质测试难点 及消减了入射波的振荡．刘孝敏［２阳采取变截面的方 法将＋３７ ｍｍ改装成＋７４ ｍｍ进行混凝土材料的动 态参数测试．这是一种新的尝试，但是变截面的方法 能否符合ＳＨＰＢ基本理论，还值得进一步深入探 讨．
１ ＳＨＰＢ原理与试验技术
ＳＨＰＢ实验装置的基本原型是ＨｏｐｋｉｎｓｏｎＥ７］
收稿Ｅｔ期 基金项目
２００５—０７—１０； 修回日期 ２００５—０８～２０． 国家自然科学基金项目（１０２７２１０９）资助．
作者简介冯明德（１９７４一），男，辽宁阜新人，博士研究生，主要从事工程爆破和材料动力学方面的研究．联系地址：１０００８３，北京海淀区学
分离式（Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ）压杆（Ｓｐｌｉｔ Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｂａｒ，简称ＳＨＰＢ）实验技术自１９４９年由 Ｋｏｌｓｋｙ［６０发明至今已有５０多年的历史了，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不同尺寸的 ＳＨＰＢ装置，如总参三所（夺１００），中国矿业大学（北 京校区）（夺７５）及中国科学技术大学变截面巾７４的 ＳＨＰＢ装置．然而ＳＨＰＢ实验技术的发展，实验装置 的改进、数据分析处理等方面都都取得了长足的进 步．本文系统地综述了ＳＨＰＢ实验技术的研究概 况，包括ＳＨＰＢ实验的基本原理、装置的改进及数 据处理等领域的进展．同时指出当前存在的主要问 题，并在此基础上进行针对性的讨论．
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＳＨＰＢ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｄ— ｖａｎｃｅ ｏｆ ＳＨＰＢ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙ，ｉｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｕｄｙ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｏｎ．Ａｎｄ ｉｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｕｎｂｉｎｄ—ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｈａｐｅｒｓ ｍｉｎｉｓｈ ｗａｖｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｍａｔｈｅ— ｍａｔｉｃｓ ｓｏｌｖｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＳＨＰＢ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
万方数据
沫材料动态性能，但结构参数的选取存在随机性． Ｚｈａｏ［２６］、巫绪涛等‘２７３通过测量一根压杆两个不同 位置的应变，利用输入杆对试件的多次加载来研究 软材料的动态力学性能，测得的最大应变增大了２ ～３倍，其原理如图５所示．
Ａ
Ｂ
图５两点测试法原理示意图‘２３３ Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａ ｆｏｒ ｗａｖｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［２３］
关键词 ＳＨＰＢ，实验技术，动态力学性能，研究进展
中图分类号 ０１４４２
文献标识码 Ａ
文章编号 １００４—２９０３（２００６）０１—０２７３—０６
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＳＨＰＢ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＦＥＮＧ Ｍｉｎｇ～ｄｅｌ， ＰＥＮＧ Ｙａｎ—ｊ ｕ２，ＬＩＹ Ｙｏｎｇ—ｑｉａｎ９１， ＮＩＵ Ｈａｌ—ｃｈｅｎ９１， ＬＩ Ｒａｎｌ
地球物理学进展 ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥｏＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖ０１．２１ Ｎ０．１ Ｍａｒ．德１， 彭艳菊２， 刘永强１， 牛海成１， 李 然１
（１．中国矿业大学（北京校区）力学与建筑工程学院，北京１０００８３； ２．中国地震局地壳应力研究所，北京１０００８５）
摘 要 霍普金森压杆（ｓＨＰＢ）实验技术作为材料动态力学性能测试的有效手段，广泛地应用于材料的动态力学性
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．［ｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｒｕｓｔａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｕｒｅａｕ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００８５，Ｃｈｉｎａ）
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图２ ＳＨＰＢ装置示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｋｅｅｔｈ ｍａｐ ｏｆ ＳＨＰＢ ｉｎｓｔａｌｌ
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１期
冯明德，等：ＳＨＰＢ实验技术研究
吸收秆阻尼器
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图３三轴ＳＨＰＢ装置Ｄ２］
Ｆｉｇ．３ ＳＨＰＢ ａｐｐａｒａｔｕｓ
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能研究．本文系统地综述了ＳＨＰＢ实验技术的研究进展，指出＂－３前存在的主要问题，并在此基础上提出解决问题的基
本思路与方法．具体包括实验技术的基本原理、实验装置及数据处理方法的改进；提出了直接法和数据解耦的方法处
理应力不均匀问题、使用软介质的方法处理大直径杆的弥散效应问题、用数学计算的方法处理试件端面摩擦效应的 问题．