霍普金森压杆

摘要： 分离式霍普金森压杆(SHPB)是冲击动力学推荐测试设备之一,该文对其在采矿工程力学实验教学中的应用进行了探讨。介绍了SHPB实验系统组成及基本原理,阐明了实验操作流程和实验数据处理方法,指出SHPB实验对操作规范的严格要求。同时对SHPB实验的相关前沿发展做了拓展延伸,分析了同步高速摄像和微观损伤测试与SHPB相结合的情况,有助于多学科之间的交叉融合,有利于提升学生的综合素质和创新能力。

摘要： 珊瑚岩的深层打桩工程提出了研究珊瑚岩在围压作用下动态力学性能的新科学需求.通过带围压的霍普金森压杆(SHPB)对珊瑚岩开展冲击试验,得到了不同围压下珊瑚岩的力学响应.研究表明:无围压情况下,珊瑚岩动态抗压强度与常规岩石一样,具有明显的应变率敏感性;随着围压增加,珊瑚岩动态抗压强度不仅有显著的提高,而且其应变率敏感性更强,并归纳出含围压和应变率效应的破坏强度公式.本文提出的强度公式对深厚覆盖层珊瑚岩地质桩基工程具有重要的参考价值.

摘要： 采用分离式霍普金森压杆系统和高温设备对ZL101A铝合金进行了常温和高温下的动态压缩实验,得到了应变率范围为2900~6100 s^(−1)、温度范围为20~600°C的动态压缩应力-应变曲线。实验结果表明:ZL101A铝合金具有应变率硬化效应,并且随着温度的升高,应变率硬化效应减弱;ZL101A铝合金在不同应变率下均存在明显的温度软化效应,且随着温度的升高,塑性变形引起的绝热温升使热软化作用增强。为了得到应变率和温度对材料流变应力的影响,将应变率效应和温度效应进行解耦,得到一种适用于ZL101A铝合金材料的动态本构模型。对比模型预测结果与实验数据发现,建立的本构模型可以很好地描述ZL101A铝合金的流变应力特征。

摘要： 为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征,基于有限差分(finite difference method,FDM)-离散元(discrete element method,DEM)耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)数值模型,其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC^(3D)和PFC^(3D)程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘(NSCB)试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击,随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fish程序,提取试样断裂面数据,对断裂面进行重构并定量计算表面粗糙度。通过与相关室内实验结果的对比分析,验证了本文数值分析的合理性与可靠性。模拟结果表明,随着循环冲击次数的增加,试样内部微裂纹、破碎颗粒均增加。连接力场分布混乱,部分力链发生断裂。力链的变化是试样力学性能劣化的根本原因。在静态三点弯曲断裂实验中,冲击5次后试样的静态断裂韧度较天然试样产生一定程度的降低。试样在静载过程中产生的微裂纹和碎块的数量随循环冲击次数的增加而增加,断裂面粗糙度随循环冲击次数的增加而增加。

摘要： 文章研究了高比重钨合金95W-3.5Ni-1.5Fe在准静态和动态加载下的断裂特性,开展实验测试了该材料在准静态和动态加载下的断裂韧性。准静态试验利用三点弯半圆形试样在万能试验机上加载,并根据测试标准ASTM E399得到了准静态断裂韧性。动态加载则是利用三点弯半圆形试样在霍普金森压杆上进行冲击加载,分析了试样在冲击过程中的动态力平衡条件,并依照准静态方法计算了钨合金在不同冲击速率下的动态断裂韧性,最后讨论了加载速率对钨合金断裂韧性的影响。

摘要： 基于分形理论研究了偏折裂纹扩展路径对动载荷作用下黑砂岩的动态断裂力学参数的测试误差影响作用,采用传统的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验装置对修正侧开单裂纹半孔板(improved single cleavage semi-circle specimen,ISCSC)试样进行动态冲击实验,随后采用裂纹扩展计进行裂纹起裂时间与裂纹扩展速度等动态断裂力学参数测试,采用分形理论对测试的裂纹扩展速度与动态应力强度因子进行修正,利用实验-数值法对黑砂岩的动态断裂韧度进行计算。研究结果表明,ISCSC构型构件能够有效应用于岩石材料动态裂纹扩展行为的研究,并发生了止裂现象,经分形修正的裂纹扩展速度与动态断裂韧度更接近实际裂纹动态扩展情况,修正前后得到黑砂岩材料的裂纹扩展速度误差为33.51%,动态断裂韧度最大误差为7.68%,说明利用分形理论对动态断裂韧度等动态断裂参数计算更合理。

摘要： 处于地下的岩石材料长时间与酸性矿井水接触后,其稳定性会发生变化,对施工安全性造成一定的威胁.以白砂岩作为研究对象,在硫酸溶液作用后采用分离式霍普金森压杆(Split hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统对其进行动态冲击试验,并利用高速摄像机捕捉整个冲击过程,得到了不同工况下白砂岩动态冲击的应力-应变曲线及环向应变.研究结果表明:各应力-应变曲线没有明显的压密阶段,线弹性阶段也不明显,在应力峰值前后阶段形成一个塑性平台;在相同的应变率下,各工况试件应力极值点排序为σ_(H7-0)>σ_(H4-10)>σ_(H4-20)>σ_(H2-10)>σ_(H2-20).在单轴压缩下,岩石微元受到张拉破坏,且溶液酸性越强,浸泡时间越久,砂岩环向应变峰值越低;砂岩的破坏模型为带有径向膨胀的劈裂破坏,且破坏程度与溶液酸度及浸泡时长呈正相关.

摘要： 通过试验研究,分析以电厂炉底渣替代水泥制备的巷道支护砂浆性能。首先,按照不同的炉底渣掺量制备炉底渣水泥砂浆,并分别测试其硬化砂浆在3、7、28 d龄期的静态抗压强度;然后,应用Φ50 mm分离式霍普金森压杆试验装置,测试28 d龄期砂浆在不同平均应变率下的动态抗压强度和极限韧性。试验结果表明:砂浆的静态抗压强度随着炉底渣掺量的增加而提高;在80~170 s;平均应变率范围内,各组砂浆的动态抗压强度均随着平均应变率的增大而提高,炉底渣替代率为75%的砂浆动态抗压强度优于其他组;在同一应变率下,炉底渣替代率为75%的砂浆极限韧性最大,吸收能量的能力及抗冲击性能最强。

摘要： 为了研究不同钢纤维掺量对自密实混凝土动态抗拉强度的影响,制作了C40和C60强度等级的4种不同钢纤维掺量的共8种钢纤维自密实混凝土(SFRSCC)试件,采用直径75mm的分离式霍普金森压杆系统(SHPB),在0.3MPa气压下开展动态拉伸试验。结果表明,对于钢纤维掺量相同的SFRSCC,C60的动态抗拉强度高于C40的动态抗拉强度,且SFRSCC的钢纤维体积率越高,抗拉强度越大。

摘要： 为掌握白垩系冻结砂岩动态压缩破坏机理,借助分离式霍普金森压杆对-30°C饱水砂岩开展不同应变率单轴冲击试验,结果表明:冻结砂岩动态损伤经历“线弹性变形、微裂纹演化、裂隙非稳定扩展、应变软化”4个阶段,损伤来源于初始宏细观缺陷与新生裂隙的交互演变,动态增长因子变化表明砂岩强度和变形的应变率强化效应显著;初始损伤由宏细观缺陷累加构成,不同尺度损伤缺陷耦合形成动态总损伤;单轴冲击压缩下岩石损伤演化呈正交异性,基于各向同性方程修正得到砂岩动态损伤本构关系,临界损伤是具备初始损伤、动弹性模量、动态抗压强度及峰值应变等指标特性的综合量;理论结果与试验曲线吻合良好,决定系数均>0.910,能较好反映冻结砂岩峰前段强度特征。

摘要： 本文简单介绍了分离式霍普金森压杆的工作原理,并从不同角度对岩石动态力学性能的研究现状进行了综述与评价,讨论了石材本构与加工过程物理量的关系;指出石材的动态力学性能应用于其加工过程物理量的预测是可行的,并且将是个非常重要的研究方向.

摘要： 随着对永久冻土区域的开发,工程中也出现了各种问题,所以深入了解冻土的动态力学行为和建立成熟的动态本构关系日益重要.介绍了动态试验,特别是霍普金森压杆(SHPB)试验在冻土研究中的应用,并对冻土数值分析研究成果进行了概括.大量研究表明,冻土动态力学性质复杂,受到多种条件的交互作用和制约;寒区的大量工程实践仍需更加完备的理论指导;在未来的一段时间里,冻土的动态力学特性将是一个亟待解决的科学难题.

摘要： 脉冲整形技术就是用来修正常规霍普金森压杆入射波形,以确保试样以近似恒定应变率变形以及试样中的应力均匀性.本文提出一种与压杆采用相同材质的球型整形器,可直接取代模拟试样而应用于霍普金斯压杆的三杆测试技术.本文利用ANSYS/LSDYNA程序,采用Lagrange算法对球型整形器的波形整形效果进行了仿真研究.研究结果表明不同波长的入射波通过相同直径的球形脉冲整形器后,波长被拉长或缩短成固定波长的波,峰值应力与入射波的波长近似成抛物线比例增加,而在相同入射波形作用下,球型波形整形器的几何直径越大,则整形后的波下降沿越长且峰值应力越低.由于球型波形整形器的设计方法基于弹性波动理论,具有整形后的波长和峰值强度易于控制和计算的优点,同时避免了普通两杆或三杆技术中模拟试样不能重复使用的缺点.

摘要： 采用Φ100mm直径的分离式霍普金森压杆(SHPB)对白云岩和英安岩试件进行了重复加载试验,试件应变波形表明:在一次冲击中,出现了多次加载现象。当试件直径较大(Φ80mm)时,多次加载不明显,甚至可以忽略；当直径较小(40mm)时,多次加载明显,特别是第二次加载显著,其幅值能达到第一次加载的20～60％。根据变截面杆中广义波阻抗理论,分析了一次冲击出现多次加载的基本原因,指出要减少多次加载影响,就需要做好两个方面的工作,一是选择好试件,尽量使其波阻抗与杆件匹配,且试件直径与杆直径基本一致,从而最大限度地减少端面反射波幅值；二是仔细调整SHPB设备,加大杆长,最大限度地消除端面不平行或不平整造成的误差,减少设备原因而造成的端面反射。

摘要： 利用自由式霍普金森压杆(FHPB)和空气炮实验技术研究A型独脚电雷管在高过载下的性能和结构变化。在不同加速度值的冲击加载前、后，测量电雷管的尺寸和电阻变化，拍摄X光照片，解剖样品，在体式显微镜下观察桥丝状态。并利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟两种方法下电雷管的加载过程。结果表明，采用空气炮对样品进行横向加载下，电雷管的桥丝易断裂，采用FHPB加载和空气炮输出端加载，桥丝电阻无变化；利用空气炮开展输出端加载时，电雷管的电极塞发生内陷幅度较大，并且内陷的幅度与加速度值成正相关；空气炮加载时，以惯性加载为主，而FHPB试验时，主要受应力波加载，在损伤程度和模式上有差异。

摘要： 采用铝套筒和TATB基PBX，应用霍普金森压杆被动围压试验方法，研究了PBX在围压下的动态力学响应；得到了该PBX不同应变率下的屈服强度，结果表明，随着应变率的提高，屈服强度有所提高；围压状态下PBX承受的应力远高于无围压状态，变形从脆性向塑性转变，样品未发生明显的破坏。

摘要： 本文采用遗传算法和局部优化算法相结合的方式,针对常温下V-5Cr-5Ti合金分离式霍普金森压杆(SHPB)应变率动态实验结果,优化识别Johnson-Cook(JC)和修正Johnson-Cook(MJC)动态本构模型参数。

摘要： 利用分离式霍普金森压杆装置对PBX进行了动态巴西实验、动态轴向压缩和动态半圆盘弯曲实验，且利用数字化的高速摄影系统，结合数字图像相关方法实现了具有较高精度和分辨率的位移场和应变场的测量。宏观上，高速摄影系统记录了冲击作用下PBX发生变形破坏的全过程。利用数字图像相关法测得了PBX的全场位移矢量场和应变场分布。位移矢量场揭示了PBX的变形破坏机理；应变场分布可预测裂纹萌生及扩展路径。实验结果和理论分析基本吻合，验证了数字图像相关法用于PBX动态变形破坏研究的可行性。而且，根据半圆盘弯曲实验，测得了PBX的动态断裂韧性。结果表明，PBX断裂韧性有较明显的应变率效应。

摘要： 利用分离式霍普金森压杆装置对PBX 进行了动态巴西实验、动态轴向压缩和动态半圆盘弯曲实验,且利用数字化的高速摄影系统,结合数字图像相关方法实现了具有较高精度和分辨率的位移场和应变场的测量.宏观上,高速摄影系统记录了冲击作用下PBX 发生变形破坏的全过程.利用数字图像相关法测得了PBX 的全场位移矢量场和应变场分布.位移矢量场揭示了PBX 的变形破坏机理;应变场分布可预测裂纹萌生及扩展路径.实验结果和理论分析基本吻合,验证了数字图像相关法用于PBX 动态变形破坏研究的可行性.而且,根据半圆盘弯曲实验,测得了PBX 的动态断裂韧性.结果表明,PBX 断裂韧性有较明显的应变率效应.

摘要： 提出了一种具有较好的波形整形效果和较宽适用范围的SHPB入射波整形方法，采用真空封泥这种可忽略强度的材料作为入射波的波形整形器，可以获得理想的波形。数值模拟分析表明：真空封泥的波形整形效应主要由材料变形过程中的径向惯性效应控制。

摘要： 本发明提供一种霍普金森压杆实验用透射杆，其上设置有透杆应变片(13)，所述透射杆由前区圆柱(11)和后区圆柱(12)组成，所述前区圆柱(11)和后区圆柱(12)为一体成型的同轴的圆柱；前区圆柱(11)的直径小于后区圆柱(12)的直径，所述透杆应变片(13)设置在所述前区圆柱(11)上。通过将透射杆分成两个直径不同的圆柱，前区圆柱为接收区——接受透射脉冲，后区圆柱为吸收区——吸收透射脉冲，透射脉冲在抵达吸收区圆柱自由端面后，由于前区圆柱比后区圆柱直径小，反射到前区圆柱的脉冲少，极大地消除了透射杆中脉冲反射对透射杆上应变片上测得数据的影响。

摘要： 本发明提供一种霍普金森压杆实验用透射杆，其上设置有透杆应变片(13)，所述透射杆由前区圆柱(11)和后区圆柱(12)组成，所述前区圆柱(11)和后区圆柱(12)为一体成型的同轴的圆柱；前区圆柱(11)的直径小于后区圆柱(12)的直径，所述透杆应变片(13)设置在所述前区圆柱(11)上。通过将透射杆分成两个直径不同的圆柱，前区圆柱为接收区——接受透射脉冲，后区圆柱为吸收区——吸收透射脉冲，透射脉冲在抵达吸收区圆柱自由端面后，由于前区圆柱比后区圆柱直径小，反射到前区圆柱的脉冲少，极大地消除了透射杆中脉冲反射对透射杆上应变片上测得数据的影响。

摘要： 本发明提供一种用于霍普金森压杆围压试验中防止杆件外移的挡圈，涉及材料动态力学性能实验设备领域，包括由筒体和封盖构成的压力容器，还包括橡胶套筒以及套在橡胶套筒外侧的金属套筒，金属套筒上设置通孔，其特征在于：所述橡胶套筒内侧还设置有金属挡圈。本发明提供的用于霍普金森压杆围压试验中防止杆件外移的挡圈，解决了实验过程中橡胶套筒在压力作用下发生变形，进入封盖与杆件形成的间隙中，并带动杆件外移，从而导致入射杆和透射杆的端面不再与试件接触，进而导致实验无法进行的问题。

摘要： 本发明涉及材料动态力学性能的冲击加载实验装置，尤其是一种新型霍普金森压杆主动围压实验的围压缸装置，包括缸体、缸体内的压力腔、缸盖、压紧块、金属套、橡胶套以及轴孔，其特征是：所述缸体外两端分别设置有缸盖；所述压力腔两端对应缸盖分别设有压紧块，且压紧块一端伸入至缸体内；所述压力腔两端的压紧块之间设有金属套，并通过螺钉连接；所述金属套内侧设有橡胶套，且橡胶套位于压力腔两端的压紧块之间，使压紧块与金属套、橡胶套形成一个整体；该装置不但防止了橡胶套筒变形后进入封盖与杆件形成的间隙中带动杆件外移，而且解决了高压在使橡胶套抱紧杆件的同时使杆件受力产生向腔体外侧运行的趋势，使杆件压不紧试件的问题，结构简单。

摘要： 本发明公开一种可防霍普金森压杆杆件崩落的保护装置及使用方法，属于实验设备保护技术领域，压杆杆件包括两个第一支座，第一支座之间从左到右依次设有吸收杆、透射杆以及入射杆，入射杆的两侧对称设有固定拉杆，两个固定拉杆之间设有若干保护机构，保护机构包括开放型圆形防护罩，开放型圆形防护罩的两端通过伸缩拉杆连接有半开放型固定罩，伸缩拉杆的两端通过螺母分别与半开放型固定罩以及开放型圆形防护罩连接，半开放型固定罩的外侧上设有铰支座；本发明是一种结构简单，操作方便的防护装置，能够巧妙地约束杆件不偏离受冲击轨道的范围，保证了试验人员的安全，增加了实验装置的安全系数，有效地防止了安全事故的发生。

摘要： 本实用新型专利提供了一种用于霍普金森压杆系统撞击杆与入射杆的辅助同轴调节装置，所述的辅助同轴调节装置中包含主体圆筒以及辅助固定圆筒，主体圆筒外表面设有刻度显示屏，圆筒内部设有调节指针和弹簧。采用本实用新型的辅助同轴调节装置进行调节时，首先需要将辅助固定圆筒衔接在炮管外壁上，再将入射杆端部缓慢移至主体圆筒内部指针附近，通过主体圆筒外表面的刻度显示屏中的调节凸头调节指针伸缩量，使得入射杆端面越过调节指针，然后松开调节凸头在自然状态下使指针底端小圆珠紧贴入射杆外壁。最终通过调节入射杆位置进而改变指针伸缩量，从而使得三个指针上的标线与对应刻度显示屏上的标线对齐，此时即为同轴状态。本实用新型专利能够准确且量化地调节撞击杆与入射杆处于同一轴线上，使得实验高效准确进行。

摘要： 本实用新型公开了一种霍普金森压杆实验装置的入射杆或透射杆上的导线结构，包括：四根导线和至少一分隔片，四根导线的一端分别焊接在应变片上，其另一端焊接在接线端上，该分隔片套固在该应变片与该接线端子之间的入射杆或透射杆上，所述四根裸线分别间隔穿过分隔片，以使得各导线与该入射杆或该透射杆留有距离。本实用新型提供的霍普金森压杆实验装置的导线结构，应变片和接线端子之间连接的导线远离入射杆或透射杆隆起，与入射杆或透射杆不会产生直接的接触，更好地减少了实验过程中入射杆或透射杆上产生的应力波对导线的直接影响，尽量避免了导线与应变片和接线端子焊接的部位在应力波的直接作用下发生断裂的问题。

摘要： 一种新型霍普金森压杆主动围压实验的围压缸装置，包括缸体、缸体内的压力腔、缸盖、压紧块、金属套、橡胶套以及轴孔，其特征是：所述缸体外两端分别设置有缸盖；所述压力腔两端对应缸盖分别设有压紧块，且压紧块一端伸入至缸体内；所述压力腔两端的压紧块之间设有金属套，并通过螺钉连接；所述金属套内侧设有橡胶套，且橡胶套位于压力腔两端的压紧块之间，使压紧块与金属套、橡胶套形成一个整体；其中，缸盖与压紧块同轴心设置，且中部均预留有同轴心的轴孔；该装置不但防止了橡胶套筒变形后进入封盖与杆件形成的间隙中带动杆件外移，而且解决了高压在使橡胶套抱紧杆件的同时使杆件受力产生向腔体外侧运行的趋势，使杆件压不紧试件的问题。

摘要： 一种霍普金森压杆主动围压实验的围压缸装置，是由围压缸缸体上方预留孔中设置表管及排气孔；围压缸缸体下方的高压油管件和支座，围压缸缸体的两端分别设置缸盖，及其中部的试件定位支撑套和耐油橡胶套，耐油橡胶套中设置入射杆与透射杆，及其之间设置试验件；耐油橡胶套内中部设置耐油橡胶套台阶，试验件放置在耐油橡胶套台阶上；围压缸缸体1的缸壁对应缸体轴心预留至少两组孔，每组至少三个孔中的试件调节定位螺杆对应试件定位支撑套；缸盖的盖壁一侧预留孔中设置传感器座。合理设计，准确调整和固定试件，确保试件的冲击加载实验数据，延长设备的使用寿命。

摘要： 本实用新型公开一种可防霍普金森压杆杆件崩落的保护装置，属于实验设备保护技术领域，压杆杆件包括两个第一支座，第一支座之间从左到右依次设有吸收杆、透射杆以及入射杆，入射杆的两侧对称设有固定拉杆，两个固定拉杆之间设有若干保护机构，保护机构包括开放型圆形防护罩，开放型圆形防护罩的两端通过伸缩拉杆连接有半开放型固定罩，伸缩拉杆的两端通过螺母分别与半开放型固定罩以及开放型圆形防护罩连接，半开放型固定罩的外侧上设有铰支座；本实用新型是一种结构简单，操作方便的防护装置，能够巧妙地约束杆件不偏离受冲击轨道的范围，保证了试验人员的安全，增加了实验装置的安全系数，有效地防止了安全事故的发生。