霍普金森压杆（SHPB）实验波形振荡问题的影响与解决方法-论文.pdf

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1、第14卷第1期2014年1月科学技术与工程Vo1．14No．1Jan．2014167118l5(2014)01—0001—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．力学霍普金森压杆(SHPB)实验波形振荡问题的影响与解决方法叶仁传田阿利沈超明(江苏科技大学船舶与海洋工程学院，镇江202003)摘要对分离式霍普金森压杆试验中因波导杆弯曲效应而产生的波形振荡问题进行了分析，并提出解决方案。对不同电桥连接方法进行了理论分析和实验验证，提出了全桥接线法消除弯曲效应的影响，得到无振荡的波形曲线；并对数据分析的二波法和三波法处理

2、结果进行了比较分析，给出了SHPB实验中解决弯曲效应的最佳桥路接法。关键词霍普金森压杆波形振荡最佳桥路接法中图法分类号0347．3；文献标志码A在研究高应变率下材料的动态力学行为的试接法。验中，分离式霍普金森压杆(splithopkinsonpres—1SHPB实验原理介绍sure，简称SHPB)是一种简单易行的方法；它可以测量的应变率范围为(10～10)S。根据Hop—1．1数据处理原理kinsonl1的最初设想，Kolsky_2提出了应用分离式利用SHPB装置进行材料动态力学性能实验SHPB理论来测定材料的动态应力应变关系。时，必须保证波导杆在实验过程中始终保持弹性，此由SH

3、PB压杆实验的测试原理_3可知，想要准时可以忽略应变率效应而只考虑应力波效应；而波确得到试样上的应变率、应变和应力，必须基于对入导杆杆径相对于长度通常较小，此时可以忽略横向射波、反射波、透射波应变信号的准确测量。而实验惯性效应，此时波导杆和试样中的应力近似于一维中，由于试样端面的不平行，试样与波导杆的接触必应力波状态，即波导杆与试样中只存在轴向应力，然要经历从局部接触逐渐变为全面接触的过程，这此时由一维应力波分析可得l_4]：会导致波导杆横截面上的弹性变形和应力均不相等，使得波导杆中产生弯曲效应[4]。另一方面，虽然e()一(s一￡一e)(1)L。波导杆的加工精度已经非常高，但这

4、并不能保证其不存在初始曲率；而波导杆的初始弯曲会加剧上述￡(￡)一LJl0(e．一￡一￡)dt(2)弯曲效应，使得入射波形和透射波形的波头变大，而^(￡)一E(et+￡r+et)(。)且在波形的中部产生剧烈振荡，从而对测试精度带来不利影响。式中C【】、A、E分别为波导杆的弹性纵波波速、横本文对分离式霍普金森压杆试验中因弯曲效应截面积和弹性模量，A、L为试样的原始横截面积而产生的波形振荡问题进行了分析。通过改变电桥和厚度。e、e和e分别是试样两端面上入射波、反连接方法，提出了全桥接线法消除弯曲效应的影响，射波、透射波的应变信号。￡()、e()和(￡)分别表得到无振荡的波形曲线；并对

5、数据分析结果进行了示试样的应变率、应变和应力。比较，给出SHPB实验中解决弯曲效应的最佳桥路假设试样受脉冲作用后两端应力相等，即满足2013年6月18日收到国家自然科学基金青年基金均匀性假定，即有(E091002／51109101)、江苏科技大学青年骨干教师支持基金资助￡。+e一e(4)第一作者简介：叶仁传(1989一)，男，硕士研究生。E—mail：yrc795@将式(4)代入式(1)、式(2)、式(3)后则可得到更126．conl。简单的形式通信作者简介：田阿利(198O)，女，博士，讲师。Email：ali—tian991221@yahoo．com．cn。—)一一(5)1期

6、叶仁传，等：霍普金森压杆(SHPB)实验波形振荡问题的影响与解决方法杆实际上受到的是一种压弯组合变形作用，常用的由式(4)和式(5)可知，利用提出的桥路接法可以同半桥接法也无法有效消除弯曲效应，即1／4桥和半时消除波导杆弯曲效应的和温度的影响，而且还将桥接法都不是SHPB压杆实验中测量应变信号的入射波的应变信号放大一倍，更利于提高测试的精最优选择。度。采用新的测量桥路，在相同实验条件下重新对CCS—DH36的船用钢和聚氨酯进行动态实验，采集、：一一：的实验应变信号如图5所示。二：二二～、一、二_一一一二：二：，B。一⋯一。一一图3波导杆弯曲变形不恿图为消除弯曲效应的影响，现采用全

7、桥接线法。2首先，在入射杆和透射杆中间截面的对称位置均粘3贴了两片电阻应变片，见图3所示。当波导杆受冲、制击发生弯曲效应时，应变片R处的正应变由加载脉冲产生的压应变s和由弯曲引起的压应变eM共同构成。而此时应变片R处的正应变由加载脉冲产生的压应变e和弯曲引起的拉应变一eM构成。接桥路时，将应变片R和R置于惠斯顿电桥的相对桥臂上，并在桥路中引入两2个温2度补偿片R0-r，O如图O15O5O505O4所示。以入射杆为例，当应变信号采集系统的信号增益为时，根据惠斯顿电桥原理可知电桥输出