SHPB试验中试件的轴向应力均匀性.pdfVIP

第28卷第5期 爆 炸 与 冲 击 V01．28。No．5 2008年9月 EXPLOSIONANDSHOCKWAVES Sept．·2008 文章编号：i001—1455(2008)05一0448一07 SHPB试验中试件的轴向应力均匀性。 毛勇建h2，李玉龙1 (1．西北工业大学航空学院．陕西西安710072l 2．中国工程物理研究院总体工程研究所．四川绵阳621900) 摘要：针对SHPB试验中试件的轴向应力均匀性问题，采用一维弹性波理论，推导了具有任意形状前沿 的入射波加载下。试件内应力的时空分布计算公式。以脉冲前沿的上升时间为参数。将矩形、梯形和坡形3种 典型的输入脉冲统一表示为梯形波的形式．计算了不同入射波上升时间和不同试件一压杆波阻抗比情况下试 件中的应力传播过程．得到了相应的应力均匀度时程曲线以及应力平衡时间。分析了入射波上升时间和试 件一压杆波阻抗比对应力平衡时间的影响，得到了一些有意义的认识，为SHPB试验的设计与分析提供了一定 的理论依据。 关键词：固体力学I应力均匀性，一维应力波理论，SHPB 中图分类号：0347．4 国标学科代码：130·15 文献标志码：A l 引 言 Hopkinsonpressurebar，SHPB)技术已经广泛应用于材料在高应 分离式Hopkinson压杆(Split 变率下的力学性能测试[1吨]。众所周知，SHPB试验中有一个重要的基本假设：试件的应力应变沿其长 度方向均匀分布[3]。最初，SHPB试验主要用于金属等波阻抗较高材料的力学性能测试。对于该类材 料的SHPB试验，试件的应力均匀性问题已得到深入细致的研究。结果表明，对于金属试件，应力平衡 时间较短；试件应力均匀性假设是可以接受的H]。但近年来，测试对象已经从金属材料拓展到非金属材 料，例如陶瓷、混凝土、玻璃等脆性材料，橡胶、泡沫等软材料。对脆性材料的SHPB试验，试件可能在 应力达到平衡之前就发生脆性破坏；而对软材料，由于其波阻抗较小，可能需要较长的时间才能达到应 力平衡嘲。因此，对于脆性材料和软材料的SHPB试验，试件应力均匀性假设不一定总是合理的，这就 可能对试验结果的准确性产生较大的影响。因此，有必要对该问题开展进一步的研究，以便在试验中采 取合理的措施克服这一困难。 针对脆性材料和软材料力学性能测试的应力均匀性问题已经得到关注[6-u3。但大多将入射波分为 矩形波、梯形波和坡形波，然后对不同入射波加载下的应力均匀性进行分析。其中对梯形波加载的研 究，一般取升时等于应力波在试件中的传播时间的整数倍[7do]。这样，仅根据某些特殊情况的计算结 果，就难免只能得到一些粗略的规律。 事实上，矩形、梯形和坡形3种波形可以表达为统一的梯形波形式。其中，若波形前沿的上升时间 (以下简称升时)为零，为矩形波；若升时长于关心时段，则可看作是坡形波；升时介于上述两者之间，则 为一般意义上的梯形波。显然，矩形、梯形、坡形3种波形的区别，仅在于升时的不同。容易理解，由于 升时是可以连续变化的，因此3种波形人射下的应力均匀性规律也应该是连续变化的。所以，不同入射 波形对应力均匀性的影响，不应该仅因为输入波形的不同而出现完全不同甚至相反的规律。因此，按照 上述对3种波形的统一表示方法，试件应力均匀性的变化规律，应该和入射波升时的长短密切相关。本 文中对梯形入射波(包括矩形波和坡形波)的不同升时对试件应力均匀性的影响进行分析。 -收稿日期：2007—03-19l修回日期：2007-12-03 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划重点基金项目 作者简介：毛勇建(1976一)，男。博士研究生．工程师。 万方数据 第5期 毛勇建等：SHPB试验中试件的轴向应力均匀性 449 2试件应力的时空分布计算 2．1基本假设 为简化问题，假设：(1)应力在输入杆