霍普金森桿波形整形技術(shù)研究.pdf

1、在航空工業(yè)、航天工程、車輛工業(yè)、船舶工業(yè)、核工業(yè)以及其他的各種軍用或者民用工程領(lǐng)域中，工程材料和結(jié)構(gòu)除了受到自身重力，風(fēng)載等載荷情況外，還將會(huì)遇到爆炸沖擊、高速碰撞等情況，這時(shí)工程結(jié)構(gòu)受到的是沖擊載荷。而在研究材料性能以及本構(gòu)關(guān)系時(shí)，傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是在準(zhǔn)靜態(tài)條件下進(jìn)行的，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)不能獲得高應(yīng)變率下材料受到的應(yīng)力與應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是說(shuō)普通的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)難以獲得材料的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系。所以為了研究材料在高速?zèng)_擊載荷

2、作用下的力學(xué)性能，我們需要研制一套高效、精確的試驗(yàn)設(shè)備用來(lái)確定材料在高應(yīng)變率下的本構(gòu)關(guān)系。1949年，Kolsky研制出了一種分離式霍普金森壓桿，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備廣泛應(yīng)用于多種材料在高應(yīng)變率下力學(xué)性能的測(cè)試，而對(duì)于某些特殊材料，例如混凝土、巖石、陶瓷、聚合物等軟材料和脆性材料，為了得到精確有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要利用波形整形技術(shù)對(duì)普通的霍普金森壓桿測(cè)試技術(shù)進(jìn)行修正，使得在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試樣以恒應(yīng)變率變形，同時(shí)確保試樣中應(yīng)力分布均勻。本文通過(guò)數(shù)值模擬的

3、研究方法，開(kāi)展了對(duì)霍普金森壓桿設(shè)備以及霍普金森拉伸設(shè)備的波形整形技術(shù)的研究，探討了幾種不同的波形整形方法應(yīng)用于材料的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系的確定。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了霍普金森桿實(shí)驗(yàn)設(shè)備國(guó)內(nèi)外的研究狀況，同時(shí)簡(jiǎn)要說(shuō)明了該設(shè)備的實(shí)驗(yàn)原理以及動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，簡(jiǎn)要說(shuō)明了波形整形技術(shù)的概念，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)霍普金森桿設(shè)備的波形整形方法的研究成果，對(duì)碰撞沖擊的基本理論模型、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法進(jìn)行了綜述性研究。⑵介紹了應(yīng)力波基礎(chǔ)理論，該理論

4、是霍普金森桿設(shè)備的理論基礎(chǔ)，霍普金森桿基本原理就是基于一維應(yīng)力波理論而得出的。利用應(yīng)力波理論解釋了應(yīng)力波在傳播過(guò)程中由于橫向慣性引起的彌散效應(yīng)，彌散效應(yīng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的測(cè)試精確度有著較為明顯的影響，而通過(guò)波形整形的方法，可以減小應(yīng)力波傳播的彌散效應(yīng)，由此說(shuō)明了在應(yīng)用霍普金森桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于應(yīng)力波整形是十分必要的。⑶利用數(shù)值模擬的方法，研究了基于霍普金森壓桿設(shè)備的波形整形技術(shù)，分析了模擬試樣法和利用紫銅材料作為波形整形器的波形整形方法，隨后提

5、出了利用球形波形整形器以及圓頭子彈撞擊入射桿的方法進(jìn)行波形整形，改進(jìn)了原有波形整形技術(shù)中的一些缺點(diǎn)。⑷利用數(shù)值模擬的方法，研究了基于霍普金森拉伸設(shè)備的波形整形技術(shù)，研究了影響霍普金森拉伸設(shè)備入射波形的主要因素，采用實(shí)驗(yàn)的方法，探究率無(wú)關(guān)材料金屬短桿波形整形方法，該方法可以得到預(yù)期的入射波形，通過(guò)應(yīng)用套筒子彈的方法進(jìn)一步對(duì)霍普金森拉伸設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，并且討論了吸收桿對(duì)于霍普金森拉伸設(shè)備中入射波形的影響，最后通過(guò)利用變截面套筒子彈的方法進(jìn)一步