Hopkinson压杆校准加速度传感器计算分析.pdfVIP

H叩kinson压杆校准加速度传感器的计算分析 HopIdnson压杆校准加速度传感器的计算分析 徐海斌钟方平李焰林鹏熊琛 (西北核技术研究所西安710024) 摘要：通过数值模拟．研究了Hopkinson杆中应力波的传播变化规律，对应力波在直径20mm的杆中传播产生的衰 -臧和杆中心与杆表面应力波参数的偏差进行了研究，同时分析了由于住杆末端粘贴加速度传感器可能产生的校准偏差。 结果表明，在加速度100∞00m，s2以内。用Ho口kins佣压杆校准加速度计的系统是可靠的， 关键词：HopkJnson杆．加速度，应力波 l引言 轴向的应变，利用加速度校准公式d=2Cj或速度校准公式v=2Cs，确定压杆末端的加速度(速度)， 将它与加速度计所得到的电压波形(积分)进行比较，从而达到校准的目的。 校准实验中，应变和加速度测点不在同一位置，弥散效应是不可避免的口“。本文通过数值计算， 研究应力波在杆中的传播变化情况和加速度传感器的安装对校准的影响，验证系统的可靠性。 准装置可能存在的校准偏差进行分析，这对于建立用于校准加速度传感器的校准系统有指导意义。 2计算分析 计算采用LS．DYNA有限元程序，子弹、压杆和加速度传感器都是轴对称结构，可以简化为二维轴 对称问题，用La口a119e算法进行数值计算。子弹、杆和传感器采用同种材料，参数为：岛=2．1×lO“Pa， 3，u=0．3。 p。=7．8×10’kg／m 计算分三方面：1．直径20mm、长度0．3m的子弹以不同速度撞击同直径的长度为1。5m的压杆，研 究应力波沿杆传播时的变化情况；2．在压杆端面直接加载不同脉冲宽度的正弦应力脉冲，研究应力波沿 杆传播时的衰减情况：3．杆末端粘贴加速度传感器后，杆末端质点速度的变化和校准的影响。通过这三 方面的数值计算，分析应力波沿杆传播过程中的变化情况，对Hopkinson压杆校准加速度传感器的系统 中可能存在的校准偏差进行了分析。 2．1 不同撞击速度下应力波沿杆传播情况 图1展示了子弹速度对应变和应变率的影响。由图可见，杆中的应变幅值与子弹速度成正比，计算 结果与一维应力波理论p1相符。可以看出，三种撞击速度下的脉冲上升时间是基本相同的，对应的应变 率波形的脉宽也相同。同时，应变率的幅值与子弹的撞击速度基本上成正比。 “·哪 t“．1 固l 同直径弹轩以不同速度撞击对的杆申点的应变与应变率波形 图2(a)和(b)显示了不同撞击速度下，应变率沿长杆的轴向衰减情况，其中偏差值日是杆中轴向 第八届全国冲击动力学学术讨论会 各点应变率与1．4m处的应变率的差值。结果表明：①随着撞击速度提高，压杆中应变率相应增加。② 应力波沿杆传播时，应变率衰减趋缓。③子弹速度的改变．即应变幅值的大小与应变率轴向的偏差值口 无直接关系。 _： 互 g 罢 图2(a)应变率沿杆轴向的变化曲线 图2(”杆轴向各点应变率与l4m处应变率偏差 图3是实测应变信号与计算结果的比较，展示了应变脉冲上升时间和应变率沿杆轴向衰减的情况， 其中偏差值日是杆中轴向各点应变率与1．1m处的应变率的差值。实测信号是直径50mm、长02m的钢 出升时越长．轴向各点应变率衰减越平缓。 图4是不同撞击速度下，应变率随径向位置变化曲线。偏差值日是同一截面上径向各点与杆表面的 应变率的差值，半径r指该点到截面中心的距离。从杆中心沿杆径方向应变率绝对值逐渐减小，子弹速 度即应变幅值的大小对径向各点应变率偏差无较大影响。 图4不周撞击速度下在杆中点沿半径方向的应变率和应变率偏差 2．2直接加载正弦的应力脉冲时的应力波沿杆传播情况 选用速度波形，对轴向应力波的衰减情况进行分析。 319 Hopkjnson压杆校准加速度传感器的计算分析 轴向各质点的速度变化。可以看出，脉宽