标准霍普金森压杆配置下的应力波分离及无时限实验数据处理

在经典一维应力波理论基础上以及试件受力平衡假定成立的条件下,提出了一种在标准霍普金森压杆实验配置下实现杆中左、右行应力波分离的新方法,可简单有效地解决常规霍普金森压杆在长时实验时左、右行波信号重叠的问题,从而保证实验中的全部应变测试数据都可以加以利用,显著提高了霍普金森压杆的测试能力。给出了新的基于杆中左、右行应力波信号的实验数据处理公式。作为霍普金森压杆实验中经典数据处理公式的扩展,在测试信号不需要进行波分离处理的情况下,新的数据处理公式等同于经典公式。利用ABAQUS有限元软件对霍普金森压杆实验进行了数值模拟,采用虚拟实验的方式,利用模拟测试点的应变信号进行了多种实验条件下的数据处理,对该应力波分离方法的有效性及误差进行了验证与评价。数值模拟结果表明,该应力波分离方法可以给出很好的数据处理结果。在标准霍普金森压杆上进行了部分实验并利用新的波分离方法及公式对数据进行处理,所得结果令人满意。     

单轴双向加载分离式霍普金森压杆的数据处理方法

本文中提出单轴双向加载分离式霍普金森压杆（bidirectional-load split Hopkinson compression bar,BSHCB）,即在传统的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）的基础上增加另一个对称的入射波,两边的入射波同时且对称地对试样进行动态加载。根据一维应力波传播理论,推导出单轴双向加载分离式霍普金森杆的数据处理公式。通过数值模拟分析发现,所推导的数据处理公式可以用于计算单轴双向加载实验中试样的工程应力、工程应变和工程应变率。此外,单轴双向对称加载不仅可缩短试样内部应力均匀化的过程,而且可以提高试样应变率。     

金属材料SHPB实验数据处理的三波校核法

通过自编程序调整入射波、透射波和反射波的相对位置。当移动波相对位置时,程序界面显示2 幅图:一幅显示入射波、透射波、反射波以及透射波与反射波之差;另一幅显示试样的3条应力应变。这3条 曲线分别由第1幅图中的入射波与透射波、入射波与反射波以及三波法求得。根据SHPB实验的基本假定, 这3条应力应变曲线的塑性段应该一致,同时透射波与入射波之差应等于反射波,把这2个等价的特点作为 正确处理SHPB实验数据标准的方法称为三波校核法。     

陶瓷材料SHPB实验的改进垫块法

高强度陶瓷材料SHPB实验中,利用圆柱或圆台形垫块可避免压杆的端面塑性变形,但存在陶瓷试件中轴向的应力不均匀现象,从而影响实验结果的有效性。本文通过数值模拟分析了两种垫块方式引起的试件中轴向应力分布的特点,并以此为基础提出了一种更为合理的垫块方法。利用商业软件LS-DYNA,数值模拟了改进垫块方法的陶瓷材料SHPB实验。结果显示,基本上消除了陶瓷试件中轴向应力不均匀现象。应用一维应力波理论,分析了实验中的波传播过程,得到了对实验数据的修正处理方法,并证明了所提的修正方法是可行有效的。     

基于SHPB的球形压痕实验方法

提出一种基于霍普金森压杆装置的动态球形压痕实验方法,通过将硬质合金小球置于2个试件中间,实现加载过程中2个试件的同时压入,以得到准确的压痕力与位移的关系。利用有限元软件ABAQUS/Explicit对该实验方法进行了数值模拟,从实验结果的可行性、准确性等方面,对新实验方法与传统的动态压痕实验方法进行了比较;采用新方法对铝合金材料进行了实验,并得到了压入力-位移曲线等关系。研究结果表明:采用新实验方法能得到较准确的结果,能较真实地描述压痕过程。     

钙质砂的SHPB实验技术及其动态力学性能

开展了11组南海钙质砂和福建石英砂的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验,试样相对密实度为90%,厚度分别为10、30和50 mm,得到了冲击荷载下钙质砂和石英砂的应变率时程曲线、应变时程曲线和应力应变关系。实验结果表明：通过严格装样技术可以减小实验设备产生的误差,改变试样厚度、子弹长度、整形器等是实现钙质砂应力平衡和恒应变率的主要手段。在相同的密实度和加载条件下,钙质砂的体积模量和剪切模量约为石英砂的10%,压缩强度和抗剪强度约为石英砂的30%。冲击荷载作用下钙质砂的动态力学性能与石英砂存在较大的差异,因此不能将已有石英砂的研究结果直接用于钙质砂。

     

肌肉类粘弹性超软材料SHPB实验的应力应变均匀性分析

试样的轴向应力和应变均匀问题是霍普金森杆实验行之有效的必要条件,而这对肌肉类粘弹性超软材料尤为重要.本文用量纲分析法,分析出了影响粘弹性材料SHPB实验应力和应变均匀性的无量纲量,结合LS-DYNA数值模拟方法,考察了各无量纲量对粘弹性材料均匀性的影响规律.结果表明,为使肌肉类材料SHPB实验更早达到均匀条件,理想的入...     

正交各向异性材料动态力学性能的理论与实验研究

从余能密度出发，以不变量理论为工具，导出了非线性超弹性正交各向异性材料本构关系的一般形式，提出了一个以波传播理论为基础的测定材料非线性本构关系参数的新方法，并用这种波动实验方法具体测定了玻璃纤维增强复合材料的非线性动态本构关系参数。     

聚合物材料SHPB实验关键问题

分离式霍普金森压杆(SHPB)广泛用于测量聚合物材料在高应变率下的动态力学行为.但是由于聚合物材料本身的低强度、低刚度、低阻抗、低波速等特点,使得SHPB动态试验相比其他材料更加复杂.论文较为详细地综述了聚合物材料SHPB实验技术中的应力应变计算、脉冲整形技术、动态应力平衡、摩擦与惯性效应、试件与波导杆的选择、碰撞速度与应变率关系、最大常应变率的确定等关键问题及其进展.理解这些关键问题并且采用目前较好的方法,对于获得聚合物材料有效和准确的高应变率力学特性具有重要意义.     

SHPB实验中的端面凹陷修正

提出了一种关于霍普金森压杆(SHPB)实验中压杆端面凹陷的分析方法,并在此基础上提出了修 正该凹陷的数据处理技术。将该技术与其他数据处理技术相结合,可提高SHPB实验中应变的计算精度。 该技术使SHPB可以用于小应变范围测试,并使利用SHPB测得完整的、精度及可靠性可与准静态测试相当 的材料动态应力应变曲线成为可能。     

SUBTLE ERRORS IN DIGITAL EXPERIMENTAL DATA PROCESSING

Seemingly minor instrumentation and data analysis errors are shown to invalidate damping measurement test results. Both a hardware error and a software error introduced time shifts between data channels that became quite significant. These time shifts in the applied force and resulting displacement data were relatively small, yet they masked the true phase shift due to material damping. These experiences illustrate the problems of moving from continuous conceptual models to experimental determination using digital data processing. In particular, a systematic bias error in the velocity calculation was found to be particularly detrimental in this case where a small quantity was calculated from a series of large numbers. This example illustrates the need to be vigilant in using data acquisition equipment since even well functioning hardware can contain the seeds of improper functioning under conditions unforeseen by its designer. As users, we must be alert to the functions that the equipment is performing.     

准等熵实验数据处理的反积分方法研究

目前准等熵压缩实验中仅能直接得到加载条件相同、厚度不同的平行样品的自由面/窗口界面速度历程. 为得到固体样品内部的信息, 在基于无黏流体反积分方法的基础上, 对该方法进行了改进, 修正自由面反射对应力波的扰动, 加入流体弹塑性模型计算偏应力, 通过优化调整等熵参考线方程中的参数, 反演出了样品内部任意位置处的准等熵加载历史, 得到了样品的热力学准等熵参考线. 通过和已有的实验计算数据的比较, 验证了反积分方法的可靠性,从而为准等熵实验提供了高效可信的反积分数据处理方法.      

非数字式反演数据的量化单调消噪方法

力学反问题的数据处理有益于提高反演结果的准确度．针对两类反演数据之一的非数字式反演数据，提出了量化单调消噪方法及其多尺度分析，建立了两个由数据处理提升反演准确度的评价准则．末给出了一个数值试验，分别对测量数据和正演加噪数据进行优化处理，获得了准确度提高的反演参数．     

随机-模糊处理方法在岩石力学指标统计及岩组划分中的应用

探讨了随机 模糊处理方法在岩石力学指标统计和岩组定量划分中的应用。文中对计算中的隶属函数取值及迭代方式进行了深入讨论。通过计算结果的比较分析, 认为随机 模糊处理方法更符合实际, 并优于其他方法。最后作者提出了岩组定性划分 岩石样本参数的随机 模糊统计分析 岩组定量划分及参数重新统计的分析程序。     

瞬态声振耦合问题的边界元分析及实验研究

本文探求任意外形结构在外力作用下的瞬态声场特性,研究声辐射机理,用时域边界元技术讨论外力、结构振动响应和声辐射三者之间的关系,并用实验结果加以验证,为瞬态声振耦合研究提供一种新的数值分析方法。     

变形模式对多孔金属材料SHPB实验结果的影响

利用两种改进后的Hopkinson杆实验分别测得多孔金属材料冲击端和支撑端的应力.实验结果及高速摄影表明,随着撞击速度的增加,试件两端的应力均匀性变差,分别对应着泡沫材料的3种变形模式:准静态模式、过渡模式、冲击模式.实验得出在冲击模式下,冲击端与支撑端的应力与试件的厚度无关,但是与试件的密度有关.在多孔金属的高应变率实验中,变形模式对SHPB实验有很大的影响,轴向惯性(波动)效应会导致试件两端的应力不均匀,此时利用SHPB得出的实验结果将会是应变率效应和惯性效应的耦合,不能真实反映材料的动态力学性能(应变率效应).      

多孔硬脆性材料的SHPB实验技术

以SHPB实验技术中一维假定和应力均匀假定为基础, 针对多孔硬脆性材料 的力学特性, 分析了利用传统SHPB装置在实验研究中存在的问题, 并从入射杆和透射杆的选 取、传感器的选取、试件参数的确定、入射波形的确定和数据处理方法的选取等方面总结了 克服这些问题的技术和方法.     

卷积型加权残值法求解薄壳的动力学问题

板壳等弹性体,受到动荷载作用时,其动力分析问题是比较重要且难于解决的．利用卷积型加权残值法,推导出Gurtin变分原理,并应用卷积型加权残值法计算了薄壳的动力学问题,为计算薄壳的结构动力学问题提供了一种有效的方法．     

RESEARCH DEVELOPMENTS OF SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS METHOD AND ITS COUPLING WITH FINITE ELEMENT METHOD

拉格朗日型的有限元法和光滑粒子法在模拟材料大变形问题时各存优缺点, 而有限元与光滑粒子耦合算法实现了在小变形区域采用有限元法计算, 在局部的大变形区域采用光滑粒子法计算, 有效地综合了有限元法计算效率高和光滑粒子法能够自然地模拟材料大变形问题的特点.重点论述了有限元法、光滑粒子法以及有限元与光滑粒子耦合算法的研究现状及应用进展, 并讨论了各方法中需要进一步解决的问题.最后通过算例对3种方法的计算精度和计算效率进行了分析, 供研究人员参考.     

车辆-轨道系统垂向随机振动的辛方法分析

将轨道视为无限长的周期结构,建立车辆轨道垂向耦合模型. 使用虚拟激励法将随机的轨道不平顺激励转化为确定性的简谐激励,再用辛数学方法求解轨道结构的频率响应特性和耦合系统的响应功率谱. 整个计算模型只有26个自由度,求解过程快速而精确.数值算例中,将该方法与常规有限元方法进行了比较,验证了方法的高效性和正确性,讨论了车辆速度对系统随机响应的影响.