霍普金森杆试验报告

11—超动态应变仪 12—波形存贮器 13—数据处理系统

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

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：

1 2

上图是SHPB 系统加载过程的示意图，I、R、T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，A S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u1和u2可分别表示为

(7)

(8)

t

u 1 0

C 0 1d t

(1) t

u 2 0

C 0 2d t

(2)

式中， 1

、 2

分别是试件两个端面的应变， C 0

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 1

既包括了向右传播的应变

脉冲 I

，又包括向左传播的反射应变脉冲

即：

(3)

因此界面 1 上的位移 u 1

就可以表示为：

而界面 2 处的位移 u 2

只与透射脉冲 T

有关，故有：

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：

(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

由一维弹性波的理论可知 1 和 2 处的载荷

t

u 1 0

C 0( I R )dt

(4)

C

0 T dt

C

L 0

0t ( I

R T

)dt

P1(t) EA[ I (t) R(t)]

(7)

(8)

P 2(t) EA T (t)

(9)

(10)

试件的平均应力为：

P 1(t) P 2(t) EA

S (t) 1 2

[ I (t) R (t) T (t)] S

2A S 2A S

I R T

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

将(11)式代入 (7)式和(10)式分别得到 2C 0 t

S (t) L 0 0

R (t)dt

S

(t)

2C

L 0

R

(t) A

S (t) E( ) T (t)

至此可以通过试验所得的

I (t)、 R (t)

、 T

(t)

的到

S

(t)和 S (t)

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；

(11)

(12) (13) (14)

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