霍普金森压杆试验sillyoranger.docx
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霍普金森压杆试验sillyoranger
简述“霍普金斯”杆测量材料动态应力应变曲线的原理;选用一种大型软件对其进行计算模拟,并对模拟结果进行分析。
答:
选用ABAQUS大型有限元软件
一、“霍普金斯”压杆理论:
Hopkinson压杆技术源于1914年B.Hopkinson测试压力脉冲的试验工作,后来R.M.Davies对它进行了改进。
1949年,H.Kolsky在这些基础上建立了进行材料单轴动态压缩性能试验的试验方法,测试了高应变率下金属材料的力学性能,这个方法称为分离式Hopkinson压杆(或Kolsky杆)技术。
其原理是将试样夹持于两个细长弹性杆(入射杆与透射杆)之间,由圆柱形子弹以一定的速度撞击入射弹性杆的另一端,产生压应力脉冲并沿着入射弹性杆向试样方向传播。
当应力波传到入射杆与试样的界面时,一部分反射回入射杆,另一部分对试样加载并传向透射杆,通过贴在入射杆与透射杆上的应变片可记录入射脉冲,反射脉冲及透射脉冲,由一维应力波理论可以确定试样上的应力、应变率、应变随时间的变化,以及应力、应变曲线。
5O多年来,此技术广泛用在高变形速率下材料力学性能的测试。
研究人员也对Hopkinson压杆试验方法进行了系统深入的研究,使该技术不断地改善和发展。
J.Harding等在1960年将用于单轴压缩试验的Hopkinson压杆推广到了单轴拉伸试验,在此基础上,1983年又提出至今被广泛使用的Hopkinson拉杆试验方法。
W.E.Backer等、J.D.Campbell等、J.Dully等又提出了Hopkinson扭杆技术,可对于试样施加高应变速率的纯扭转载荷。
为提高试验精度,前人在应力波的弥散效应、三维效应、应力波分离、试样中的瞬态平衡对试验结果的影响等方面做了大量工作。
分离式Hopkinson压杆实验的示意图如下:
图8-1分离式Hopkinson压杆示意图
上图表示了压杆、试件和测试仪器等的位置安排。
压杆由高强度合金钢制成。
压杆与试件的接触面需要加工得很平并且保持平行。
压杆用塑料或尼龙稳定的支撑在底座上。
但要注意不能影响应力波的传递。
压杆分为输入杆、输出杆和动量杆三部分。
输入杆中的初始脉冲是用压缩弹簧或者火药枪发射的方法,在它的端部通过一个质量块或撞击杆的碰撞加载而产生的。
撞击杆与输入杆具有相同的材料和直径,因而撞击应力波可以无反射的传入输入杆。
由于撞击杆自由端的反射,一个拉伸卸载波通过界面进入输入杆,所以输入杆中入射脉冲的长度是撞击杆长度的两倍。
动量杆的端部用弹簧或活塞油缸吸走动量杆带走的无用动量。
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