霍普金森桿試驗(yàn)報(bào)告

1111—超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀 12—波形存貯器 13—數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)霍普金森壓桿(SHPB)試驗(yàn)報(bào)告一、 SHPB試驗(yàn)?zāi)康募坝猛?、了解霍普金森壓桿(SHPB)測試的試驗(yàn)原理，掌握試驗(yàn)的基本操作步驟；2、霍普金森壓桿(SHPB)測試技術(shù)主要用來測試材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)性能。此試驗(yàn)主要通過霍普金森壓桿(SHPB)測試技術(shù)，來測試泡沫鋁(37mm×21mm)的力學(xué)性能，獲取應(yīng)力-應(yīng)變曲線。二、 SHPB試驗(yàn)裝置及其示意圖1—發(fā)射氣槍 2—撞擊桿3—激光發(fā)射器 4—激光接收器5—電阻應(yīng)變片6—入射桿 7—試件 8—透射桿 9—吸收桿 10—緩沖裝置(7)(8)(7)(8)三、試驗(yàn)原理1、三種波形的獲取過程通過發(fā)射氣槍作用，賦予撞擊桿一定的初速度，此初速度可以由激光發(fā)射器和接收器測出間隔時(shí)間，然后計(jì)算得出。撞擊桿以此速度撞擊入射桿，輸入入射波脈沖，隨著入射波的傳播，在試件表面產(chǎn)生反射和穿透。入射、反射、透射脈沖均可以通過電阻應(yīng)變片測出，進(jìn)而通過超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀傳遞到波形存貯器進(jìn)行保存三種波形，從而利用入射、反射和透射脈沖來推導(dǎo)出試件中的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率。2、應(yīng)力應(yīng)變曲線獲取的原理利用這些脈沖信號來獲得材料在高應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線原理如下：12上圖是SHPB系統(tǒng)加載過程的示意圖，I、R、T分別表示的是應(yīng)變片測量到的入射、反射和透射信號。 1、2分別是試件的兩個(gè)端面，AS是試件的橫截面積，L是試件的長度，A和E分別是壓桿的橫截面積和彈性模量。根據(jù)一維應(yīng)力波理論，試件的兩個(gè)端面的位移u1和u2可分別表示為

tu10C01dt (1)tu20C02dt (2)式中，1、2分別是試件兩個(gè)端面的應(yīng)變，C0是壓桿的彈性波速。由于入射波到達(dá)桿與試樣接觸端是立刻會有反射波產(chǎn)生，因此入射桿與試件接觸面上的應(yīng)變1既包括了向右傳播的應(yīng)變脈沖I，又包括向左傳播的反射應(yīng)變脈沖即：(3)因此界面1上的位移u1就可以表示為：tutu10C0(IR)dt(4)C0Tdt而界面2處的位移u2只與透射脈沖TC0Tdt5)這里的應(yīng)變均是壓應(yīng)變。這樣，試驗(yàn)的平均應(yīng)變就可以表示為：(6)將(4)式、(5)式代入(6)式可得入射、反射和透射應(yīng)變脈沖信號表示的試件的平均應(yīng)變?yōu)镃L0CL00t(IRT)dt由一維彈性波的理論可知1和2處的載荷P1(t)EA[I(t)R(t)]P2P2(t)EAT(t) (9)(10)試件的平均應(yīng)力為：P1(t)P2(t)EAS(t)12[I(t)R(t)T(t)]S 2AS 2ASIRT這里假定兩桿的截面積相同。由于試件的厚度很小，在此可引入均勻性假設(shè)，即(11)(11)將(11)式代入(7)式和(10)式分別得到2C0t(12)(13)(14)S(t)L00(12)(13)(14)S(t)2CL0R(t)AS(t)E()T(t)至此可以通過試驗(yàn)所得的I(t)、R(t)、T(t)的到S(t)和S(t)四、試驗(yàn)步驟1、對架臺、試件及壓桿等試驗(yàn)器材進(jìn)行清理干凈；2、測量試件及壓桿的尺寸，并予以記錄；3、分別在入射桿和透射桿上貼應(yīng)變片；4、將入射桿和透射桿的應(yīng)變片分別通過導(dǎo)線連接到橋盒上，便于超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集信號；5、調(diào)整壓桿支座，使撞擊桿、入射桿、透射桿處于同一水平線上；6、調(diào)試超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀；7、檢查壓氣槍的驅(qū)動(dòng)裝置正常與否；打開控制箱的電源開關(guān)，此時(shí)左邊紅燈亮；打開控制箱的起源開關(guān)；按下充氣按鈕，此時(shí)右邊紅燈亮，充氣開始，氣壓表黑色指針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)它與紅色指針接觸時(shí)，即氣室內(nèi)的壓氣自動(dòng)快速釋放，完成一次沖擊過程。此為正常情況；若發(fā)生異?，F(xiàn)象(例如氣路漏氣或黑色指針與紅色指針相遇后氣體不能自動(dòng)釋放)可按動(dòng)放棄按鈕強(qiáng)制放氣，并進(jìn)行檢修。只有在情況正常時(shí)才可進(jìn)入下一程序。8、從壓氣槍口部塞入撞擊桿到所選擇的深度位置；9、檢查激光測速裝置；10、安裝泡沫鋁試件；11、全面檢查防護(hù)裝置是否全部到位；12、所有試驗(yàn)前準(zhǔn)備確定無誤后，開始進(jìn)行試驗(yàn)；13、試驗(yàn)結(jié)束后，清理試驗(yàn)現(xiàn)場。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、入射波I(t)圖像2、透射波T(t)圖像3、試