资源描述：
《平面杆系结构弹性波传播的实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第13卷 第4期实 验 力 学Vol.13,No.41998年12月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICSDec.1998平面杆系结构弹性波传播的实验研究a吴 斌 韩 强 杨桂通(北京工业大学科技处,北京,100022)(太原工业大学应用力学研究所,太原,030024)摘要 利用SHPB装置,用空气枪加载就35CrMnSi钢组成的平面杆系结构受冲击载荷作用的弹性波传播进行了实验研究,给出了一些力学现象,并利用广义特征线法给出了理论与实验的比较曲线,得到了一些有益的结论.关键词 弹性波,杆系结构,实验研究1 引言 刚架、桁架是工程中应用最广的结构.
2、对其承受载荷的能力,特别是承受冲击载荷能力的[1]研究显得更加重要.Mandel把纵波的初等理论和Timoshenko梁理论结合同时研究了纵波和弯曲波理论.利用这一原理,可以确定刚性直角拐点弯曲波和纵波的透射、反射问题.Lee[2]与Kolsky研究了两杆以一定角度焊在一起的杆系结构的纵波和弯曲波.用同样直径杆冲击产生纵向入射脉冲.当应力波通过交叉点时,将产生四个脉冲波,即进入第二杆的纵波、弯曲波的透射及两个类似的反射波.实验与基于Timoshenko理论进行了比较,吻合很好.同时文中还指出:频率很高时偏差较大.[3]Atkins与Hunter得到长1210mm、正方形截面
3、积为25×25mm的L型、T型结头弹性波传播的实验结果.一钢弹从管道加速撞击结构中的轴向端,纵波传播在直角另一端产生一个横波并传到第二根杆上.文中对Lee采用的数值分析和Mandel采用的沿特征线上的数值积分方法进行了评论,并给出了一个简单而较实用的入射和透射的函数关系式.结果间的差异一般而言是可以满足要求的,只是理论给出的应变最大幅值高出实验约25%.[4]Desmond研究了相同截面、相同材料三杆结头的应力波问题.其中两杆处在同一直线上,另一杆也在同一平面上,但与之不共线.用圆柱头小球加速产生15.2mös的速度撞击一杆的端部产生应力波,应变片贴在结头前后以测轴向应变和
4、弯曲应变.文中用一维初等理论描述了纵波的传播,用Timoshenko理论描述了弯曲波传播,并用特征线法求得数值解.文中给出了各杆轴力、剪力、弯矩随时间及随非共线杆角度变化的关系曲线,并给出了理论与实验中a北京市科委科技新星计划、北京市科干局项目、山西省归国留学人员基金项目1998-04-25收到第1次稿,1998-10-15收到修改稿©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第4期 吴 斌等:平面杆系结构弹性波传播的实验研究 503的应变关系曲线.结果表
5、明:当波长有短波分量时将引起理论和实验结果的差异.在这些文献的研究中,都把结头视为刚性结头来处理,这一方面是基于一维模型处理上的需要,同时操作起来简便易行,也可以满足工程中的精度要求.在国内尚乏这方面的报道.而这些实验中有以下不足:1)只考虑结头处的反射、透射的影响,而把透射杆视为半无限长杆来研究,这样,避开了在透射杆边界反射波的影响,使问题得到了简化.而实际研究的杆件是有限长杆,且传播速度快,因而弹性波在透射杆的约束条件必然会对波的传播带来影响.2)实验中未能给出冲击载荷随时间的变化规律,仅从子弹的冲击速度上推得杆件的加载边界条件,而这本身是一个接触问题,求解起来很复杂,
6、因此,这显然不如直接给出加载时间曲线更便于研究和分析.[2]3)在Lee与Kolsky的实验研究中,只给出了两杆夹角大于等于90°的杆系结构的纵波和弯曲波.而小于90°下的实验研究则没有给出,且测的点很少,不便于全面观察和分析.鉴于此,本文利用SHPB装置,用空气枪加载就35CrMnSi钢组成的平面杆系结构受冲击载荷作用的弹性波传播进行了实验研究,给出了一些力学现象,并利用广义特征线法给出了理论与实验的比较曲线,得到了一些有益的结论.2 实验方法与试件选用 实验过程所需的主要设备有:1)空气枪及加载平台2)FDH—2型电荷放大器3)YDL—60压力传感器4)DE—6超动态
7、应变仪(6通道)2台5)TDS—420A记忆示波器(4通道)4台力传感器选用航空航天部图1 杆系结构实验装置原理图702所产品,测量范围为0—60kN,分辨率为0.025N,灵敏度为4.35PCöN;电荷放大器频宽为200kHz;超动态应变仪选用力学所的产品,其频率宽为lMHz;TDS—420A记忆示波器是Tektronix产品,其频宽为200MHz,采样率为100MSösec,灵敏度为1mV-10Vödiv.实验方法可用图1给出的示意图加以说明.图中由空气枪发射子弹通过力传感器与试件相连接的装置把力加载到试件的一
