压杆试样表面接触变形对shpb实验应变测量的影响 influence of barspecimen contact surfaces indentation on strain measurement in shpb experiment.pdfVIP

第29卷第6期 爆炸与冲击 V01．29，No．6 2009年11月 EXPLOSl0NANDSHOCKWAVES Nov．。2009 文章编号：1001—1455(2009)06—0573—06 压杆／试样表面接触变形对 SHPB实验应变测量的影响。 张祖根1’2，李英雷2，李英华2，陈熙盟1 (1．兰州大学核科学与技术学院。甘肃兰州730000； 2．中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室．四川绵阳621900) 摘要：采用SHPB(splitHopkinsonpressurebar)实验技术测量了3种不同尺寸纯铁试样的动态压缩应 力应变关系，根据实验结果提出一个经验模型，定量分析了SHPB实验中压杆／试样表面接触变形对应变测 量的影响。分析表明，在轴向应力平衡条件下。表面的接触变形对弹性段的应变测量影响显著；对塑性段应变 测量的影响与试样的强化模量和长度相关，当试样强化模量较大而长度较小时，这种影响将不可忽略，可根据 影响量的经验分析模型对应变进行修正。 关键词：固体力学；应变修正；SHPB；接触变形；应变测量 中图分类号：0347 国标学科代码：130·15 文献标志码：A 1 引 言 bar，SHPB)技术[1]是研究中高应变率(102～104S-1)下材料力学行 分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressure 为及动态本构关系[拍]的重要实验技术．由于试样应力平衡的要求和弥散效应的影响【“．一般认为实验结果的弹性部分 是不可靠的，因此通常只取塑性部分来研究材料的本构行为．但是胡时胜等[5]在利用SHPB实验对铀合金材料进行研 究时发现，实验数据处理得出的最大应变值比实际测量的试件残余应变值大1倍以上。这么大的差别不可能只是来源 于弹性部分的测量结果，也就是说塑性部分的应变测量也存在问题。 在SHPB实验中，导致应变测量不准的因素主要有2个。第1个因素是实验中试样轴向应力平衡性不足。为改善 SHPB实验中试样的应力平衡状况进行了大量的研究和讨论。并提出了波形整形技术．已经能够使试样的轴向应力达到 较好的平衡状态睁“．第2个因素是压杆／试样的表面接触变形(在压杆上表现为凹陷变形。在试样上则表现为突起变 形)。在SHPB实验中，试样的变形是通过试样两侧压杆端面的位移差得出的，这里应用了压杆端面的平面假定，因此． 实际发生的压杆的凹陷变形将对试样变形量的得出造成影响，从而影响试样应变值的获得．B．Gama等n03利用踌 DYNA对SHPB实验进行了模拟，发现试样与压杆之间面积不匹配造成的压杆端面凹陷变形对弹性段实验结果的影响 很大；肖大武等[11]结合量纲分析的模拟结果也得出了同样的结论．并认为这一影响在塑性段仍然存在。 对上述应变测量不准的问题，目前主要是从理论或数值模拟方面进行定性或半定量的研究。从为材料动态本构关 系研究提供可靠数据的角度出发，有必要对应变测量的不准确度进行定量分析，掌握影响应变测量的因素及其影响规 律，进而评估SHPB实验数据的可靠性。 2 实 验 2．1 实验设计 在采用波形整形技术以后，试样的轴向应力平衡条件可以得到较好的满足，因此可以不考虑应力平衡不足对应变测 量的影响。此时压杆／试样表面接触变形是影响应变测量的主要因紊。数值模拟结果表明，对于压杆端面在试样作用下 的凹陷。其凹陷量与试样中的压力近似为正比关系。 数值模拟采用ANSYS程序。模拟类型为二维轴对称准静态模拟，主要考察压杆端面凹陷变形量与试样应力的关 GPa．试样和压杆的 系。模拟中试样的应力通过在试样与压杆接触端的另一端施加均布压力实现，压力集度为0．1～1 -收稿日期：2008-07—10；修回日期：2008-10—16 作者简介：张祖根(1978一)，男，硕士研究生，助理研究员． 万方数据 574