霍普金森杆试验报告.doc

11 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 (7)(8) (7) (8) 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， AS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 t u1 0 C0 1d t (1) t u2 0 C0 2d t (2) 式中， 1、 2 分别是试件两个端面的应变， C0 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 u1 就可以表示为： tu t u1 0C0( I R )dt (4) C0 T dt而界面 2 处的位移 u2只与透射脉冲 T C0 T dt 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 CL0 CL0 0t( I R T )dt 由一维弹性波的理论可知 1 和 2 处的载荷 P1(t) EA[ I (t) R(t)] P2 P2(t) EA T (t) (9) (10) 试件的平均应力为： P1(t) P2(t) EA S(t) 1 2 [ I (t) R(t) T (t)] S 2AS 2AS 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 (11) (11) 将(11)式代入 (7)式和(10)式分别得到 2C0 t (12)(13)(14)S(t) L0 0 (12) (13) (14) S(t) 2CL0 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； 7、检查压气枪的驱动装置正常与否； 打开控制箱的电源开关，此时左边红灯亮； 打开控制箱的起源开关； 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； 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 2、透射波 T(t) 图像 3、试件泡沫铝的应力—应变曲线图 工程应变曲线 工程应变曲线 工程应力曲线 工程应变率曲线 真实应力曲线 真实应变曲线 真实应变率曲线 真实应力——应变曲线