端面不平行对岩石SHPB测试结果的影响分析

为探讨岩石试件加工端面不平行对岩石材料动力学特性测试结果的影响,采用有限元分析软件LS-DYNA对13种端面不平行度的岩石试件开展SHPB数值模拟,并分析了端面不平行对加载过程应力均匀性的影响。结果表明:随端面不平行度γ的增加,岩石试件动态应力-应变曲线逐渐向右和向下移动,且峰前加载段逐渐延长。当γ1.60%时,动态应力-应变曲线在加载初期出现一个微小的加载-卸载过程,且在升时为120μs的半正弦入射波加载阶段岩石试件达不到应力均匀状态。基于数值模拟结果,建立了端面不平行度与量纲一化的动态单轴抗压强度、平均应变率和峰值应变的定量表达式。     

岩石材料SHPB实验试件尺寸确定的研究

目前岩石材料在进行分离式霍普金森压杆(SHPB)实验时,对于试件尺寸确定的描述较为模糊,因此从应力波在SHPB系统中的传播过程入手,通过应力均匀化物理过程的分析,求解出试件内应力状态,结合应力均匀的条件,解析出影响应力均匀化的参量:试件与杆间应力波的反射系数,并给出不同反射系数下达到应力均匀所需的最小传播次数。通过控制应力均匀化时间确定了试件极限长度的计算公式,并得出脆性岩石材料的合理长径比为0.8。根据以上结论,计算出7种岩石材料在SHPB实验下的尺寸,为相关研究提供参考。     

被动围压条件下岩石材料冲击压缩试验研究

为研究煤矿岩石材料被动围压条件下动态力学性能和变形破坏规律,利用Ø50mm变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对45#钢质套筒环向约束状态下煤矿岩石试件进行了不同加载速率冲击压缩试验。试验结果表明：被动围压条件下SHPB试验中,岩石试件的材料延性和抗破坏能力均得到增强,试件轴向应力是采用同种加载条件无围压SHPB试验时的1.2倍,破坏应变比无围压SHPB试验提高2～3倍,且径向应力随轴向应变增大总体呈上升趋势,试件破坏为压剪破坏模式,与无围压SHPB试验有所不同。     

冲击压缩载荷作用下杨木的力学性能研究

通过SHPB动态压缩实验,对杨木在高应变率条件下的力学特性进行了研究。基于一维应力波理论的分析表明,尽管杨木相比于金属压杆具有较低的波阻抗,其SHPB动态压缩实验中试样两端的应力均匀性条件仍可以得到满足,而不需要进行入射波整形。通过在透射杆上使用半导体应变片,可以获得具有较高信噪比的透射波信号。结合杨木的准静态实验结果发现,其应力-应变曲线具有多孔材料的典型特征。轴向试样具有Ⅱ型吸能结构特征,失效应力和平台应力都具有应变率敏感性,其平台应力的敏感性稍弱;弦向试样具有Ⅰ型吸能结构特征,没有明显的失效强度,其平台应力具有应变率敏感性,与通常的Ⅰ型吸能结构相比存在一定差异。通过对实验数据的拟合,发现应变率对杨木失效强度的影响符合对数率。     

岩石材料SHPB实验试件尺寸确定的研究

目前岩石材料在进行分离式霍普金森压杆(SHPB)实验时,对于试件尺寸确定的描述较为模糊,因此从应力波在SHPB系统中的传播过程入手,通过应力均匀化物理过程的分析,求解出试件内应力状态,结合应力均匀的条件,解析出影响应力均匀化的参量:试件与杆间应力波的反射系数,并给出不同反射系数下达到应力均匀所需的最小传播次数。通过控制应力均匀化时间确定了试件极限长度的计算公式,并得出脆性岩石材料的合理长径比为0.8。根据以上结论,计算出7种岩石材料在SHPB实验下的尺寸,为相关研究提供参考。     

传感器壳体材料对混凝土内应力波测试影响

为研究传感器壳体材料对混凝土靶内应力波测试的影响,选用PVDF压电薄膜作应力敏感元件,不锈钢和铝作底板制作传感器,浇筑于混凝土试件中,养护28天后,用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)进行动态加载试验,测试入射波、透射波和靶内应力波信号,对3种波形进行分析比较.试验...     

轴向冲击下弹性杆中轴向静载对入射波的影响

针对动静组合加载试验装置和一维应力波理论的研究现状,研究了轴向静载荷的大小对弹性杆上入射波的影响。首先,以动静组合加载试验装置中具有轴压的入射杆和轴压端帽为研究对象,利用一维应力波理论,研究冲头以一定速度撞击轴压端帽时,入射杆上的入射波与轴压的关系。进而,通过分析自由弹性杆与具有一定轴压的弹性杆共轴撞击,研究轴向静载荷的大小对入射波峰值应力和波长的影响。最后,利用动静组合加载试验装置和激光测速仪进行试验研究,验证理论分析结果的正确性。结果表明:弹性杆中轴向静载荷的大小对其上入射波影响较大,轴向静载荷与入射波峰值应力具有线性关系;轴压越大,入射波峰值应力越小,入射波波长越小。加载应力波上升沿时间越长,轴向静载荷对入射波波长影响越大。     

SHPB测试中岩石试件应力均匀性分析研究

对花岗岩、千枚岩、磁铁石英岩三种岩石进行SHPB应力均匀性试验测试,研究表明:试件内达到应力均匀时间介于弹塑性状态假设条件下试件内达到应力均匀时间之间,且试件内达到应力均匀时间与二者的平均值具有一定的相关性。试验中子弹的冲击速度在一定范围内,能够使三种岩石满足应力均匀性的要求,且在断裂应变达到1%之前均有较长的恒应变率时间段。     

SHPB测试中岩石试件应力均匀性分析研究

对花岗岩、千枚岩、磁铁石英岩三种岩石进行SHPB应力均匀性试验测试,研究表明:试件内达到应力均匀时间介于弹塑性状态假设条件下试件内达到应力均匀时间之间,且试件内达到应力均匀时间与二者的平均值具有一定的相关性。试验中子弹的冲击速度在一定范围内,能够使三种岩石满足应力均匀性的要求,且在断裂应变达到1%之前均有较长的恒应变率时间段。     

应力波作用下岩石声发射实验研究

在霍普金森（SHPB）冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验,获得了该加载条件下岩石破裂的声发射规律。实验结果表明,应力波下,声发射峰值能量之前所出现的声发射信号相当匮乏;而且其能量规律呈现出两种明显不同的特征：I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到了加载的末期,能量出现了一定的回升,产生了“拐点”;II型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对I型较慢,且不出现“拐点”。研究结果表明,声发射的能量特征与岩石破碎的程度密切相关;冲击载荷作用下岩石的声发射不仅仅是裂纹信息的反映,其中也包含了对应力波信号的反映。     

Correlation between the accuracy of a SHPB test and the stress uniformity based on numerical experiments

Split Hopkinson pressure bar (SHPB) has become a frequently used technique to measure the uniaxial compressive stress–strain relation of various engineering materials at high strain rate. Using the strain records on incident and transmitter bars, the average stress, strain and strain rate histories within the specimen can be calculated by SHPB formulae based on one-dimensional wave propagation theory. The accuracy of a SHPB test is based on the assumption of stress and strain uniformity within the specimen, which, however, is not always satisfied in an actual SHPB test due to the existence of some unavoidable negative factors, e.g., friction and specimen size effects. Two coefficients are introduced in the present paper to measure the stress uniformity in axial and radial directions of the specimen in a numerical SHPB test. It is shown that the accuracy of a SHPB test can be correlated to these two stress uniformity coefficients. An assessment and correction procedure for SHPB test results is illustrated through a numerical example.     

An analysis of stress uniformity in split Hopkinson bar test specimens

The assumption of uniform stress in a test specimen is fundamental to the split Hopkinson bar (SHB) test technique. Based on the method of characteristics for one-dimensional waves, the degree of stress uniformity in specimens tested dynamically by the SHB method is examined. The time duration t_b (or number of transits n an elastic wave makes from one end to the other of a specimen) required to attain stress equilibrium is established and related to the relative mechanical impedance β of the specimen. The effects of the rising edge in the incident pulse on this time duration are also studied and the results appear to indicate that the shortest time to achieve uniformity of stress in a specimen requires the incident pulse to have a specific profile. The results of this study provide guidelines to assess the validity of experimental data.     

率相关混凝土类材料SHPB试验的若干问题

对于断裂应变很小的混凝土类材料,在SHPB冲击试验中试样断裂前的应力是否达到均匀是冲击试验是否有效的一个关键。以水泥砂浆为例,采用弹性和ZWT粘弹性两种本构模型,通过特征线解法对高应变率SHPB试验过程中的加卸载应力均匀性进行了分析。发现入射波升时对脆性粘弹性材料的应力均匀性有影响,其中以τs/tL=2时最好,升时再延长反而对应力均匀化不利。采用不同升时加卸载时,应力幅值对于试样中应力均匀性没有影响,但对试样中应变和应变率的大小有影响。并且发现用常规的SHPB技术难以获得率相关脆性材料较可靠的应力-应变关系,但在应力均匀化后测得的动态断裂应力值是可靠的。     

高加载率SHPB试验分析原理的再研究

从实验、理论与数值模拟的结合上,对于高加载率的SHPB试验原理提出一种新理念。一方面采用一维有限差分方法对SHPB试验原理进行全过程数值模拟,考察SHPB试验经典分析方程对于高加载率情况的适用性;另一方面把SHPB试验经典分析确定的试件材料本构关系嵌入SHPB试验全过程数值模拟,考察数值模拟再现高加载率SHPB试验测得的反射波形及透射波形的可能性。通过对高加载率SHPB试验的数值实例,指明了如同Wu等揭示的实验规律:试件两端的应力平衡依赖于试件厚度及加载率。     

分离式霍普金森压杆试验中工程材料端面摩擦模型的确定

分离式霍普金森压杆(SHPB)是一种最常用于工程材料高应变率下动态压缩力学性能的技术。在SHPB试样与压杆的接触界面间不可避免地存在端面摩擦效应,这将导致SHPB试样内的应力状态可能偏离一维应力状态,而SHPB试样内的一维应力状态是决定SHPB试验结果准确性的基本假设之一。基于动摩擦试验结果,建立了端面动摩擦模型以描述端面动摩擦系数随SHPB试样与钢压杆接触界面间最大径向相对滑动速度的关系。结果发现本文提出的端面动摩擦模型可很好地拟合