11 动态力学实验原理与技术.ppt

北京理工大学材料学院 材料动态力学概论 4.7 SHPB技术的应用与扩展 材料动态力学性能 金属、聚合物、橡胶、泡沫材料、 肌肉、岩石、陶瓷、混凝土、炸药等 受力状态 压、拉 、扭、剪、压剪 推广应用 吸能、应力波衰减、层裂、动态屈曲、动三点弯曲、 高G值加速度传感器标定、火工品检测 SHPB技术面临的挑战 常规SHPB实验技术规范化 复杂材料SHPB实验技术的研究 常规SHPB实验技术 常规材料(金属 高聚物等) 均匀性好、变形量大 常规材料SHPB实验技术规范化 测定 等有规范 测定动态 曲线无规范 常规材料SHPB实验技术问题 1、一维假定的有效性问题； 2、均匀假定的有限性问题； 3、恒应变率问题 1、一维假定的有效性 高频振荡 二维效应 波形弥散 存在上升沿tr 曲线有振荡 屈服应力 振荡有偏差 弹性模量 E ? 波形弥散 船用钢应力应变曲线的振荡 2、均匀假定的有限性 试件的纵向惯性效应导致初始状态的不均匀性 时间不均匀性和空间不均匀性 造成数据处理结果的不可靠性 试件有厚度，波形起点存在时间差 （时间不均匀性） 测点不在两端，波形弥散存在空间差 （空间不均匀性） 3、恒应变率问题 相对于金属材料（应变率的热激活机制）这一问题不突出 相对于高聚物等材料（应变率的粘性机制）比较突出 解决方案：波形整形器 波形整形器是提高一维假定有效性、 实现试件内部状态均匀性、 满足变形恒应变率性 最为有效的办法。 波形整形器的三大功能 采用梭形子弹加载 复杂材料SHPB实验技术研究 硬材料：W合金、铀合金、非晶金属 软材料：橡胶、多孔介质、 肌肉 复杂材料 脆材料：岩石、陶瓷 复合材料：混凝土 （1）硬材料实验技术 采用硬质垫块 采用小尺寸试件 将导致： 几何二维效应 物理二维效应 物理二维效应的量纲分析 物理二维效应（端面凹陷）影响 弹性模量对端面凹陷的影响很大 当载荷足够大，试件产生的塑性应变远大于弹性凹坑深度时，物理二维效应影响不大 （2）软材料实验技术 硬质聚氨酯泡沫应力-应变曲线 泡沫铝硅合金应力应变曲线 特软材料 软质聚氨酯泡沫材料 肌肉等生物材料 透射波信号很弱 试件内应力均匀不易实现 横向惯性效应影响明显 改进的SHPB实验装置 猪腿部肌肉(纤维方向)的应力应变曲线 垂直纤维方向的应力应变曲线 汽车座垫和靠垫的应力-应变曲线 （0.057g/cm3 和0.048g/cm3 ） （3）脆材料 混凝土材料 非均匀性（骨料粒径大） 大尺寸SHPB 束形SHPB 直锥变截面SHPB