三维霍普金森压杆试验装置调试与试验验证

作     者：白盼 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝洪

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：SHPB 高应变率 动态试验机 三轴试验机 三维霍普金森压杆 

摘      要：针对国内外真三轴高速冲击试验机的研究空白,为了研究材料在复杂应力状态,高速冲击下的材料力学响应,验证相关强度准则和获取材料特性参数,本文在传统霍普金森压杆(SHPB)试验原理和技术的基础上,采用课题组前期自主研发的三维霍普金森压杆,运用数值模拟和试验验证等方法,系统研究了本装置的可行性,稳定性和同步性。本文的主要内容包括:(1)介绍了三维SHPB的设计方案和加载原理,根据方案建立了本装置的三维立体几何模型。用LS-DYNA软件对本装置的试验过程进行数值模拟,根据结果分析了入射杆和透射杆中应力波的同步性和试件受冲击时的受力情况。(2)在已建成的三维霍普金森压杆装置上,选用有机玻璃作为试件材料,通过试验验证入射波和透射波的同步性;通过多次重复试验,验证试验结果的可重复性和本装置的稳定性。(3)进行两次全局性试验,通过和传统SHPB装置试验结果对比研究了本装置的可行性和合理性。另外对试验操作环境中的环境噪声进行分析,研究试验结果的可靠性。通过数值模拟和试验验证,得到以下结论:(1)本装置中通过单根入射杆对三根入射杆进行非共轴撞击,在入射杆中可以产生均匀的一维弹性波,并且所有入射波可以达到同步等幅值。(2)本装置引入的入射转向头和透射转向头,可以实现截面过渡和应力波转向作用,所有透射波可以达到同步等幅值。(3)可以用本三维SHPB装置对试件施加同步正交的三轴动态加载;压杆上测得的应力波波形特征明显,可区分度较好。(4)本装置的应力波测试方案可行,可以在六个压杆中测到完整的波形,环境噪声对试验结果影响较小。本装置操作简便,具有一定稳定性,试验结果可重复性较好。