材料动态力学实验技术

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图7
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（二）Hopkinson压杆试验
典型的SHPB装置如图8所示，它通常由三部分组成，即压气枪、波 导杆和测量记录系统。
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图8
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三、更高应变率试验
（一）杆撞击技术 利用杆撞击实现更高应变率试验有两种办法:一种是子弹以较高的速
度直接撞击试件；另一种是尽量缩短试件的有效长度。 （二）板撞击技术 杆撞击是属于一维应力问题，试验中的试件处于无约束状态。
第八章 材料动态力学实验技术
8.1 概述 8.2 惯性效应与应力波的概念 8.3 中低速冲击载荷实验装置 8.4 高速和超高速冲击载荷实验装置 8.5 动态参量测量技术
8.1 概述
材料动态力学可从三个方面进行研究：理论分析、数值计算和实验研 究。
材料动态力学研究材料在冲击载荷作用下的运动、变形和破坏的规律， 它是固体力学的一个重要分支。
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8.3 中低速冲击载荷实验装置
一、中应变率试验 二、高应变率试验 三、更高应变率试验
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一、中应变率试验
中应变率试验的应变率范围为1～100 s-1。这意味着实 现10％的应变仅需要1～100 ms的时间，这是个相当 短的加载过程。因此中应变率试验机不同于常规的材料试 验机，它要求加载过程快而平稳，尽量避免惯性效应引起 的振荡。试验中对试件的大小无特殊限制，因为在试验过 程中有足够的时间确保试件内的状态均匀。
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一、位移和速度的测量
位移干涉仪的工作原理如图29所示。它是利用迈克尔逊原理进行测 量的，从试件表面（镜面）反射回来的信号光束因被测表面的运动而 发生多普勒频移，它与参考光束会合将产生干涉条纹。根据实测到的 总条纹数即可确定表面的位移量，再对其取时间的导数即可得到试件 表面的运动速度。
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图29
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二、变形和应变的测量
利用光通量的变化确定试件的变形是一种简便而有效的方法，其工作 原理如图34所示。本方法的测量精度主要取决于平行光场的均匀程 度。此外还有用高速相机直接拍摄试件的变形过程。
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图34
三、压力（应力）的测量
利用某些材料的压电效应制成的压力传感器称为压电传感器。 利用某些导电材料的电阻率随压力变化而设计的压力传感器称压阻传
图3是国内新研制成功的旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试 验机。
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图3
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二、高应变率试验
（一）膨胀环试验 （二）Hopkinson压杆试验 （三）Hopkinson杆上的拉伸和扭转试验
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（一）膨胀环试验
实验装置如图7所示，由薄环1、驱动器2、端部泡沫塑料 3、中心爆炸装药4和雷管5组成。薄环1就是所要测量材 料的试件。当中心装药被雷管引爆以后，驱动器在爆炸。
材料动态力学实验技术比准静态力学实验要复杂得多。
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8.2 惯性效应与应力波的概念
在冲击加载过程中材料内质点间的受力是处于非平衡状态的，因而必 然会出现质点运动的加速度，这种加速度带来的效应就被称为惯性效 应。
惯性效应必然会引起材料内部应力波的传播。由于冲击载荷是随时间 迅速变化的载荷，当物体的局部受到冲击时就会引起局部状态的改变 （称为扰动），如受冲击部位的应力会突然升高并和周围介质之间产 生压力差，这种压力差将导致周围介质质点投入运动，处于运动的质 点微团的前进又进一步把动量传递给后继质点微团并使后者变形。像 这样一点的扰动就由近及远地传播出去并不断扩大其影响，这种扰动 的传播现象就是应力波。
感器。
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四பைடு நூலகம்温度的测量
测量冲击载荷作用下试件表面或内部的瞬态温度。 瞬态温度测量也可分电测和光测两种。 电测中选用的检测元件有两种，一种是热电偶，另一种是热敏电阻 一类为光电法，另一类为扫描光谱法。 扫描光谱法是利用扫描光谱仪。 光电法是利用光电倍增管或光电二极管作为探测器。
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8.4 高速和超高速冲击载荷实验装置
高速冲击载荷的实验技术又称冲击波高压技术或动高压技术。利用动 高压技术研究材料力学性能必须对所用的实验装置提出两点要求:
第一，压力可调并有较宽范围； 第二，产生的冲击波满足一定的平面度，以便采用一维应变分析。
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8.5 动态参量测量技术
一、位移和速度的测量 二、变形和应变的测量 三、压力（应力）的测量 四、温度的测量