霍普金森杆试验报告

霍普金森压杆(SHPB)试验报告

一、SHPB试验目的及用途

1、了解霍普金森压杆(SHPB)测试的试验原理，掌握试验的基本操作步骤；

2、霍普金森压杆(SHPB)测试技术主要用来测试材料在高应变率下的力学性能。此试验主要通过霍普金森压杆(SHPB)测试技术，来测试泡沫铝(37mm×21mm)的力学性能，获取应力-应变曲线。

二、SHPB试验装置及其示意图

1—发射气枪2—撞击杆3—激光发射器4—激光接收器5—电阻应变片

6—入射杆7—试件8—透射杆9—吸收杆10—缓冲装置

11—超动态应变仪12—波形存贮器13—数据处理系统

三、试验原理

1、三种波形的获取过程

通过发射气枪作用，赋予撞击杆一定的初速度，此初速度可以由激光发射器和接收器测出间隔时间，然后计算得出。撞击杆以此速度撞击入射杆，输入入射波脉冲，随着入射波的传播，在试件表面产生反射和穿透。入射、反射、透射脉冲均可以通过电阻应变片测出，进而通过超动态应变仪传递到波形存贮器进行保存三种波形，从而利用入射、反射和透射脉冲来推导出试件中的应力、应变和应变率。

2、应力应变曲线获取的原理

利用这些脉冲信号来获得材料在高应变率下的应力-应变曲线原理如下：

图SHPB系统加载示意图

上图是SHPB系统加载过程的示意图，Iε、Rε、Tε分别表示的是应变片测量到的入射、反射和透射信号。1、2分别是试件的两个端面，S A是试件的横截面积，L是试件的长度，A和E分别是压杆的横截面积和弹性模量。根据一维应力波理论，试件的两个端面的位移1u和2u可分别表示为

1010t u C dt ε=

⎰ (1) 2020t

u C dt ε=⎰ (2)

式中，1ε、2ε分别是试件两个端面的应变，0C 是压杆的弹性波速。由于入射波到达杆与试样接触端是立刻会有反射波产生，因此入射杆与试件接触面上的应变1ε既包括了向右传播的应变脉冲I ε，又包括向左传播的反射应变脉冲R ε，

即：

1I R εεε=+ (3)

因此界面1上的位移1u 就可以表示为：

100()t I R u C dt εε=-⎰ (4)

而界面2处的位移2u 只与透射脉冲T ε有关，故有：

200t T u C dt ε=⎰ （5）

这里的应变均是压应变。

这样，试验的平均应变就可以表示为：

12

S u u L ε-= (6)

将(4)式、(5)式代入(6)式可得入射、反射和透射应变脉冲信号表示的试件的平均应变为

00()t S I R T C dt L εεεε=--⎰ (7)

由一维弹性波的理论可知1和2处的载荷

1()[()()]I R P t EA t t εε=+ (8)

2()()T P t EA t ε= (9)

试件的平均应力为：

12()()()[()()()]22S I R T S S P t P t EA t t t t A A σεεε+==++ (10)

这里假定两杆的截面积相同。

由于试件的厚度很小，在此可引入均匀性假设，即

I R T εεε+= (11)

将(11)式代入(7)式和(10)式分别得到

002()()t S R C t t dt L εε=⎰ (12)

02()()S R C t t L εε•= (13)

()()()S T S A t E t A σε= (14)

至此可以通过试验所得的()I t ε、()R t ε、()T t ε的到()S t ε和()S t σ。

四、试验步骤

1、对架台、试件及压杆等试验器材进行清理干净；

2、测量试件及压杆的尺寸，并予以记录；

3、分别在入射杆和透射杆上贴应变片；

4、将入射杆和透射杆的应变片分别通过导线连接到桥盒上，便于超动态应变仪采集信号；

5、调整压杆支座，使撞击杆、入射杆、透射杆处于同一水平线上；

6、调试超动态应变仪；

7、检查压气枪的驱动装置正常与否；

(1) 打开控制箱的电源开关，此时左边红灯亮；

(2)打开控制箱的起源开关；

(3)按下充气按钮，此时右边红灯亮，充气开始，气压表黑色指针转动，当它与红色指针接触时，即气室内的压气自动快速释放，完成一次冲击过程。此为正常情况；

(4)若发生异常现象（例如气路漏气或黑色指针与红色指针相遇后气体不能自动释放）可按动放弃按钮强制放气，并进行检修。只有在情况正常时才可进入下一程序。

8、从压气枪口部塞入撞击杆到所选择的深度位置；

9、检查激光测速装置；

10、安装泡沫铝试件；

11、全面检查防护装置是否全部到位；

12、所有试验前准备确定无误后，开始进行试验；

13、试验结束后，清理试验现场。

五、试验数据记录及处理

1、入射波()I t 图像

2、透射波()T t 图像

3、试件泡沫铝的应力—应变曲线图

工程应力曲线工程应变曲线

工程应变率曲线真实应力曲线

真实应变曲线真实应变率曲线

工程应力——应变曲线

真实应力——应变曲线六、试验总结及感想