文档介绍：1. SHPB 实验装置、基本原理及用途
如图1所示为SHPB的实验装置及数据米集处理系统:
测时仪 溉襯器 一数撤理隸
图 1 SHPB 实验装置
SHPB装置主要由三部分组成：压杆系统、测量系统以及数(10 -3 □ 10 -4 / s )下的应 力应变曲线。本实验测得的是材料在高应变率(102 □ 104 / s )下的应力-应变曲线， 其原理如图 4所示。当枪膛内的子弹以某速度撞击输入杆时，在杆内产生一个入 射脉冲s，试件在该应力作用下产生高速变形，与此同时，在压杆中分别产生往
i
回的反射脉冲s和向前的透射脉冲S。
rt
图 4 测量应力- 应变原理图
本实验是建立在二个基本的假定基础上的，一个是一维假定(又称平面假
定)，另一个是均匀假定。根据一维假定，我们可直接利用一维应力波理论确定
试件材料应变率s (t)、应变£ (t)和应力b (t):
=o =0+0 = E (e+8 )
2 i r i r
0 = o ' = o = E s
II 2 t t
A AE
o (t) = (o+o )— = (& + & + & )
I I A 2 A i r t
00
(1)
V = V = V +V = -c(s - s )
I 2 i r i r
V =V ' =V = 一cs
I 2 t t
V - V c
s (t) = 1 = — (s -s -s )
l l i r t
00
s (t) = A
l0
0
(s - s - s d) t
irt
(2)
由(1)、 (2)式进而可 得试件材 料的应力应变关系。根据 均匀假定 ，可得
s +s =s ，代入公式后则可得到更为简单的形式:
i r t
2 c f t s (t) = - J s dt
l 0 r
0
2. SHPB 实验的操作过程
利用 SHPB 试验测定泡沫铝材料的动态应力-应变曲线。已知试样为一直径 为37mm,厚度为6mm的圆柱体，压杆材料为钢，弹性模量为200GPa，子弹长 100mm,直径37mm,入射杆及透射杆均为长2000mm,直径为37mm的均质钢 杆，平行光源之间的距离为 30mm。
由于在霍普金森压杆测试中，惯性效应及试样与杆端的摩擦等会导致试验结 果的不准确，因而在试验前必须合理设计、选择试样。
通常情况下，由于圆柱形试样容易加工，因而人们更多地采用圆柱形试样进 行试验，而确定试样的几何尺寸则需要综合考虑多方面因素。通常对于一套给定 的霍普金森压杆，试样的直径最好是压杆直径的 倍。这样虽然试样在压缩变 形过程中长度将会缩短，而直径将增大，但仍可以保证试样直径超过压杆直径前 达到 30%的真实应变。此外，试样的长径比也应当在 ~ 之间，太长的试样 在试验过程中容易失稳。基于以上两点,我们选用的是直径为37mm,厚度为6mm 的圆柱体，材料为泡沫铝。
另外,试样在加工过程中应保证两个端面的平行度在 以上,同时这 两个端面应该有足够的光洁度以减小试验过程中端部摩擦的影响。还需注意的 是,由于在加工过程中,材料中难免会有残应力存在,因而在试验前应对试样进 行适当的热处理以减小残余应力的影响。
当撞击杆与入射杆发生碰撞时,两个杆中将会有压力脉冲产生并向各自杆的 另一端传播,这样就形成了入射波,当入射波经过应变片 1 时便得到入射波的波 形；当入射杆中的应力脉冲到达试样的接触面时,由于波阻抗的不匹配,一部分 脉冲被反射,在入射杆中形成反射波,当反射波经过应变片 1 时便得到反射波的 波形；另一部分则通过试样透射入透射杆中,形成透射波,当透射波经过应变片 2 时便得到了透射波的波形。
设置采样频率为2MHz，采样点数为10000,得到的入射波、反射波和透射
波的波形如图 5 和图 6 所示，其中图 5 中波峰为入射波，波谷为反射波：
图 5 入射波和反射波波形
如图 6所示为透射波波形：
图 6 透射波波形
试件应力-应变曲线
工程应力曲线：
图