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应力波基础 目 录 3.7 分离式Hopkinson压杆 一、Hopkinson压杆和飞片 1)SHPB装置发展简史 1978年，中国力学所：我国第一套SHPB装置。 1998年，中科大F74直锥变截面SHPB装置。 2001年，总参工程兵三所 ： F100SHPB装置，目前国内最大。 目前高应变率下为数不多的较可靠装置。 从单一的装置发展成试验技术(SHBT)。 3.7 分离式Hopkinson压杆 一、Hopkinson压杆和飞片 2)SHBT必威体育精装版进展 试验类型多样化：受力、温度、结构； 压杆与试样材料的多样化； 波形分析技术及在数据处理中的运用； 波形整形技术及恒应变率试验； 直接撞击技术； 与神经网络等新型算法的结合。 3.7 分离式Hopkinson压杆 一、Hopkinson压杆和飞片 3)HPB简介 测时器(飞片)材料与压杆相同，承压不承拉。炸药在压杆一段爆炸，产生沿压杆传播的压缩波，当压缩波在自由面反射成拉伸波，与入射波相互作用产生净拉应力时，飞片带陷入其中的动量飞离。 3.7 分离式Hopkinson压杆 一、Hopkinson压杆和飞片 3)HPB简介 弹道摆收集飞片，摆动幅度计算其动量。 飞片动量是陷于其中压力——时间曲线的面积。变换不同长度的飞片，即能求得炸药产生的压力时间曲线。 3.7 分离式Hopkinson压杆 二、SHPB装置及其实验原理 1)SHPB装置照片 F14.5SHPB装置 3.7 分离式Hopkinson压杆 二、SHPB装置及其实验原理 1)SHPB装置照片 F50直锥变截面SHPB装置 3.7 分离式Hopkinson压杆 二、SHPB装置及其实验原理 2)SHPB装置简介 入射杆应变计记录入射波ei(t)和反射波er(t)，透射杆应变计记录入射波et(t)。传统SHPB技术就是通过这三个脉冲信号得到试样特定应变率下的应力——应变曲线。 3.7 分离式Hopkinson压杆 3)典型入射、反射和透射波 二、SHPB装置及其实验原理 3.7 分离式Hopkinson压杆 4)两个基本假设 压杆的一维弹性波假设：假设应力脉冲在压杆中为无畸变的一维弹性波。忽略压杆材料的应变率效应，利用简单的一维弹性波理论直接得到试样的应力和应变。一维应力状态下压杆表面应变计测量的轴向应变才可以代表整个截面各点的轴向应变，无畸变的弹性波才可以认为杆中应变计位置测量应变与试样端面完全一样，即测量位置的受力状态与试样端面完全一样。 二、SHPB装置及其实验原理 3.7 分离式Hopkinson压杆 4)两个基本假设 试样的应力(应变)均匀性假设：由于试样很短，假设在很短的时间内试样长度方向的应力(应变)均匀化。在此假设下，可以忽略试样的应力波效应，认为试样在均匀应力作用下变形。试样的平均应力和由压杆端面变形得到的试样平均应变才可以反映材料的真实力学性能。 二、SHPB装置及其实验原理 3.7 分离式Hopkinson压杆 5)实验原理 二、SHPB装置及其实验原理 已知条件： 压杆材料常数：E0、r0、C0 ； 压杆横截面面积： A0； 试样横截面面积和长度：AS、lS； 应变计测量波形： ei(t)、er(t) 、et(t) ； 3.7 分离式Hopkinson压杆 5)实验原理 二、SHPB装置及其实验原理 F1(t)和v1(t)是入射杆/试样端面的压力和速度，F2(t)和v2(t)是试样/透射杆端面的压力和速度。 3.7 分离式Hopkinson压杆 5)实验原理 二、SHPB装置及其实验原理 入射杆/试样端面 试样/透射杆端面 3.7 分离式Hopkinson压杆 5)实验原理 二、SHPB装置及其实验原理 三波法 3.7 分离式Hopkinson压杆 5)实验原理 二、SHPB装置及其实验原理 两波法 根据一维应力波理论或应力均匀性假设有 采用入射波和透射波的两波法 3.7 分离式Hopkinson压杆 5)实验原理 二、SHPB装置及其实验原理 两波法 采用反射波和透射波的两波法 3.7 分离式Hopkinson压杆 6)SHPB实验原理的巧妙 二、SHPB装置及其实验原理 高应变率下材料的动态力学响应：应力波效应(惯性效应)和应变率效应的耦合； 利用弹性压杆忽略应变率效应； 利用很短的试样忽略应力波效应； 3.7 分离式Hopkinson压杆 7)试样应力均匀性分析 二、SHPB装置及其实验原理 3.7 分离式Hopkinson压杆 三、用于混凝土类材料的大尺寸SHPB装置 1)F100SHPB装置照片 3.7 分离式Hopkinson压杆 三、用于混凝土类材料的大尺寸SHPB装置 1)F100SHPB装置照片 二、两弹性波的相互作用 O