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SHPB实验技术若干问题研究

陶俊林

中国工程物理研究院

摘要:SHPB实验系统是广泛应用的测试材料动念力学性能的装置,在文献调研的基础上指出,为了提高SHPB实验结果的精度和可比性,应对SHPB实验技术做进一步的研究。围绕上述目的,以金属材料为研究对象,本文对SHPB实验技术做了以下几个方面的研究:试件惯性效应与界面摩擦效应的综合分析;波导杆与试件阻抗匹配关系的研究;SHPB系统端面平行度加工要求分析;试件与波导杆应力应变均匀性分析;恒应变率实验技术研究以及其他实验方法探索。 ① 试件惯性效应与界面摩擦效应的综合分析。通过综合分析在SHPB系统圆柱形试件的惯性效应、试件与波导杆端面摩擦效应对实验结果的影响,给出一个新的理论分析模型,用以修正Gorham(1989)所得的惯性效应分析公式。在此基础上,归纳出为提高SHPB实验结果精度,SHPB实验应遵循的几个要求。并对SHPB试件设计中(特别是大应变情况)试件尺寸比例的设计作了进一步的分析,获得了试件设计时应满足的尺寸比要求。 ② 波导杆与试件阻抗匹配关系研究。通过将试件看作为一个刚度系数变化的弹簧,建立了一个理论模型,并进行了相应的分析工作。为SHPB系统波导杆和试件的材料和尺寸应当如何选择才满足阻抗匹配适度的要求提供依掘。提出了可反映波导杆与试件阻抗匹配关系的无量纲参数α和β,并给出了波导杆与试件阻抗适度匹配所要求的α和β的取值范围。 ③ SHPB系统端面平行度加工要求分析。通过数值计算,分析了SHPB系统的端面平行度对测试结果的影响,进而获得了实际加工过程中对系统端面平行度的量化要求。另外,根据计算结果,还可对实验中的测试方法的选择,以及实验中异常波形的分析提供有益的指导。 ④ 试件与波导杆应力应变均匀性分析。通过三维数值模拟,在理想接触状态下,分别对SHPB系统中试件为弹性和弹塑性材料情况时,试件与波导杆的应力应变均匀性问题进行了分析,重点分析了试件为弹塑性材料时的情况。通过改变试件直径与波导杆直径之比、试件材料的弹性模量、屈服强度和硬化模量,研究了试件与波导杆横截面积及材料性能不一致对试件与波导杆的应力应变均匀性的影响,获得了满足试件应力和应变均匀性要求的试件直径与波导杆直径的比值,并简单分析了SHPB实验数据处理方法计算所得的结果与试件单元输出结果之间的关系。 ⑤ 恒应变率实验技术研究。提出了两套可实现试件恒应变率加载的实验方法,并通过实验和数值模拟手段进行了相应的验证和分析工作,揭示了应变率时间历程对材料应力应变曲线的影响,指出了只使用平均应变率来表征材料动念应力应变曲线的不足,
  • 专辑:

    理工B(化学化工冶金环境矿业)

  • 专题:

    材料科学

  • 分类号:

    TB302

导师:

陈裕泽;

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