一种适合于Hopkinson杆的实验测试方法探索

低阻抗脆性材料的动力学性能日益受到人们的关注,但是由于其破坏应变小,透射信号弱,传统的Hopkinson杆测试技术往往难以获得准确的测量结果。为此,提出了一种适用于Hopkinson杆动态力学性能测试的新实验方法,即将激光微位移测量技术应用到入射杆和透射杆的端面速度测量中,实现了Hopkinson杆中试样应力-应变关系的直接测量。通过实验和数值模拟,验证了该方法的有效性。     

霍普金森杆电磁加载系统设计及实验

设计一种电磁加载系统应用于分离式霍普金森杆实验装置,能够克服传统气压驱动的缺点,达到精确控制入射应力波的目的。通过对电磁加载技术的调研,了解不同加载方式的电压等级,确定低压加载方式;构建系统等效RLC回路,推导回路参数与入射应力波的函数关系。结合理论计算,利用有限元软件进行耦合场仿真,仿真发现放电线圈匝数对入射应力波的幅频特性影响较大,同时为了保证电磁能量的利用效率,需要保证感应线圈的厚度大于磁渗透深度,最后根据实验要求确定电磁加载系统各参数。按照加载系统参数搭建实验平台,进行霍普金森杆冲击实验,通过对入射应力波的测量,验证了理论计算及软件仿真的正确性。     

高温SHPB实验温度修正的差分方法

将波在具有温度梯度的波导杆中运动的控制方程离散,利用差分格式编写程序,根据杆上任意一点的应变信号,计算出当波传到杆上其它任意点处的应变信号。设计实验,验证了该方法的正确性。此方法可应用于高温Hopkinson实验中,即:在波导杆上处于室温的某处粘贴应变片,由该应变片采集的应变信号,计算出试件与波导杆接触处的高温区的应变信号,利用此应变信号即可获得高温Hopkinson实验中试件的应力-应变关系。     

基于PVDF传感器的单脉冲激光推力加载过程研究

利用高频响应材料PVDF作为敏感元件,建立了一套单脉冲瞬态推力测试系统,并用37 mm分离式Hopkinson压杆装置对该测试系统进行动态标定。标定结果显示,在0~150 MPa范围内,PVDF传感器（5 mm×5 mm）的压电特性呈线性,动态压电系数经线性拟合后为20 pC/N。用所建推力测试系统获得了单脉冲激光作用下,旋转抛物形激光推力器的推力加载曲线,并对该曲线形成多个峰值的原因进行了分析。实验结果表明,该系统可以捕获激光推力器脉冲推力加载特征。     

基于PVDF传感器的单脉冲激光推力加载过程研究

 利用高频响应材料PVDF作为敏感元件，建立了一套单脉冲瞬态推力测试系统，并用37 mm分离式Hopkinson压杆装置对该测试系统进行动态标定。标定结果显示，在0~150 MPa范围内，PVDF传感器（5 mm×5 mm）的压电特性呈线性，动态压电系数经线性拟合后为20 pC/N。用所建推力测试系统获得了单脉冲激光作用下，旋转抛物形激光推力器的推力加载曲线，并对该曲线形成多个峰值的原因进行了分析。实验结果表明，该系统可以捕获激光推力器脉冲推力加载特征。     

基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析

 基于Hopkinson杆激光干涉冲击试验台,分析了高g值加速度传感器的动态特性,主要分析了实现高g值加速度传感器的幅频特性的原理及可行性。该方法采用Hopkinson杆作为高g值加速度信号发生器,并应用激光光栅干涉仪可以精确地获得高g值加速度脉冲的激励波形,再与加速度计的输出联合处理得出传感器的动态校准结果。并用988压电传感器的动态校准结果加以说明。     

PVDF压电计的动态响应特性及其在橡胶材料SHPB实验中的应用

通过夹心式PVDF(Polyvinylide Fluoride)压电计的动态分离式Hopkinson压杆(SHPB)标定实验,系统地讨论了传感器的动态响应特性,其中包括测量电路、PVDF表面应力集中、压电计的材料及结构特性和同一压电计受多次撞击对测试信号的影响,为PVDF压电计的制作工艺研究提供参考。利用标定好的压电计测试了橡胶材料在SHPB实验中的动态应力均匀过程。结果表明:调节并联电阻值可以提高压电计的传感精度;增大压电计的敏感面积可以减小因应力集中所造成的信号失真;材料的热粘塑性性质、摩擦效应等将使信号振荡幅度偏小;多次撞击对信号的加载与卸载段都将产生影响,但当传感器表面未发生明显损伤时,测试的应力平台平均值与真实信号近似相同。     

陶瓷材料在压剪联合冲击加载下动态响应的实验研究

 应用57 mm压剪炮和双磁场IMPS粒子测试系统对95%的Al₂O₃陶瓷材料在压剪联合加载条件下的力学行为进行了实验研究,测量得到了材料内部压缩波（P波）、剪切波（S波）的加载、卸载和传播规律。对剪切波的衰减随载荷的变化进行了研究,初步得到95% Al₂O₃陶瓷材料在压剪联合载荷冲击下发生损伤的纵向应力阀值是4.86 GPa。     

固体炸药在压剪加载下的起爆特点实验研究

 采用平面正碰撞Y-切面α石英，使之产生压剪波传入粘接在石英后表面的炸药（T/Г40/60，10^#-159）试件中的方法，实现对炸药试件的一维平面压剪复合加载。用埋入多重拉格朗日量计──电磁质速计，记录传入炸药试件中的纵向运动和横向运动变化历史，分析炸药中压剪波的传播规律，从而认识炸药在压剪加载下的起爆响应特点。     

铍青铜柱壳膨胀断裂研究

 利用高速摄影和金相分析研究了不同热处理状态的铍青铜（QBe2）柱壳在爆轰加载下的膨胀断裂特性。研究表明：材料的细观组织决定材料的静态力学性能与动态断裂性能。当同种材料的组织结构有较大差异时,材料的静态力学性能及动态断裂性能均会有较大改变;当材料的基体组织没有明显变化、只是基体中强化相的多少发生改变时,材料的静态力学性能会有较大差异,而材料的动态断裂性能将没有明显变化,原因在于造成静态力学性能差异的强化相在爆轰加载下的性能趋于一致。     

某PBX炸药的动态力学性能研究

 PBX炸药作为现代武器的主装药,它的力学行为决定着武器的生存能力。为了研究PBX炸药的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）作为加载手段,结合半导体应变片测试技术和压电晶体监测技术,保证了实验数据的有效性。利用SHPB加载波整形技术,实现了材料两端应力平衡和常应变率加载,得到了不同应变率（90~410 s^-1）下材料的应力-应变曲线。根据材料的模量、破坏强度和破坏应变随应变率的变化规律,采用粘性修正的Sargin模型,得到了该PBX炸药在单轴压缩下的唯象本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好。     

组合式隔热陶瓷短杆高温SHPB实验技术

讨论和分析了当前高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,为了获得材料在高温下可靠的动态力学性能,建立了一套在压杆和试件之间添加隔热陶瓷短杆的高温SHPB实验系统。相比于传统接触式高温SHPB方案,该系统可以使用在更高的冲击载荷和温度下,与机械对杆方案相比,实验装置及其控制要简便许多。结合有限元模拟,对陶瓷短杆及温度场对压杆中应力波传播的影响进行了相应的评估,并利用这套实验系统得到了800℃下HR2抗氢钢的动态压缩应力-应变曲线。     

变截面杆共轴撞击数值分析及其应用前景

 为对弹性杆共轴撞击这一应力波基础问题进行扩展研究,基于非线性动力学软件LS-DYNA建立了有限元模型,分析了共轴撞击的变截面杆的形态参数对波形的影响规律,探讨了应力波产生的机理,并对其应用前景进行了展望。结果表明,由于变截面效应,一定形态参数的变截面杆共轴撞击可以得到具备波阵面平滑上升,较长的前沿升时和消除了波形振荡等特性的应力波;该特性是变截面杆撞击这一过程的内在属性,主要由变截面段的最小半径控制,变截面段长度仅对局部形态产生影响,对加载速度的变化不敏感;半无限长的变截面杆共轴撞击规律可在应力波加工等领域应用。由此可见,该规律对基础性理论进行了扩展,应用前景广阔。     

冲击下花岗岩界面动态摩擦特性实验研究

 为研究岩石界面动态摩擦性能,对房山花岗岩进行了冲击速度42.2~130.6 m/s、倾斜角为20°和30°的横剖试样斜撞击实验。倾斜角为20°的为对比实验,研究不发生滑动时的界面性能;在倾斜角为30°的实验中,靶和飞片撞击界面发生相对滑动,用于研究发生界面滑动时的动态摩擦性能。基于此,研究了正应力在317~685 MPa、界面相对滑移速度在2.76~24.88 m/s时花岗岩界面滑动态摩擦状态。其结果可以初步揭示地震过程板块动态摩擦过程摩擦强度急剧降低的现象。     

高温SHPB冲击实验技术及其应用

 为研究高温下材料的动态力学性能,研制了一套适用于分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）高温冲击实验的温控系统。利用该温控系统和Φ100 mm常规SHPB装置,对混凝土在高温下的动态力学性能进行了实验研究,实验温度分别为20、200、400、600、800和1 000 ℃。结果表明：由管式实时加热装置和箱式预加热炉组成的温控系统操作方便,实验效率高,试件组装方法简便可行;热传导导致的试件温度分布不均匀和压杆局部温升对实验结果产生的影响可以忽略,实验技术可靠;高温下混凝土动态力学性能的温度效应十分明显,相同冲击速率下,随温度升高,平均应变率逐渐增大,动态应力-应变曲线逐渐表现出塑性特性,动态抗压强度随温度升高先增大后减小,动态峰值应变随温度升高不断增大。     

FJZ-250型高速分幅相机时间测量不确定度分析

FJZ-250型高速转镜分幅相机因转镜速度的不可重复性，光机结构的构造原理和控制系统各路高压触发时间的漂移，导致了时间测量的不确定度。为此，须对相机测量数据进行校正。阐述了校正方法、提供了逐幅校正位置误差的修正系数。若以预置转速对应的名义周期值去处理测量结果，则相机的时间测量合成小确定度将达1％，对名义周期值和名义幅间间隔时间值进行修正后，则可降至0.3％。     

LY-12铝高温凝聚态动力学性质研究——高温弹性模量的测定

 金属材料的高温动态力学性能是材料科学领域中的重要方面。本文介绍LY-12合金铝在常温至450 ℃的温度区间内和动载下（应变率为10³/s），材料弹性模量的研究。此项研究采用的试验装置为一维Hopkinson压杆及管式高温炉。应用一维弹性应力波传播理论，测得LY-12铝试件在不同温度T条件下的声速c(T)，按照c(T)=[E(T)/ρ(T)]^1/2，获得杨氏模量E(T)随温度的变化曲线。     

冲击载荷下土的动态力学性能研究

 利用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）技术,研究了土体在不同应变率条件下的冲击动态力学性能,发现土体有明显的应变率效应,与静载相比,冲击载荷下土的动强度和动模量均有很大的提高。根据实验曲线的特征,以一根线性弹簧和两个不同松弛时间的Maxwell体并联的粘弹性模型来表达土体的损伤型粘弹性本构模型,两个Maxwell体分别表示土体的低应变率响应和高应变率响应,模型的数值拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性。拟合参数表明,土体对低应变率的响应与混凝土相同,对高应变率的敏感性远远高于混凝土。     

High-speed recording of laser- produced breakdown in air

A series of laser-produced breakdown interferograms has been obtained using five diffraction interferometers with pulsed ruby lasers serving as light sources. The interferograms and the results of their processing are presented in this article.