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波形整形器在火工品高过载试验中的应用

火工品 2005年第5期 12-15页

作者：邓强吴艳霞沈瑞琪叶迎华南京理工大学化工学院江苏南京210094

改进了传统的霍普金森压杆(Hopkinson)技术,采用输入波形整形技术,使加载波形更能满足火工品实际加载环境的需要,从试验得出使用整形器最大的特点是可以获得比较光滑的入射波,降低波的弥散效应,可消除高频振荡,明显改善加载波的质量,有... 详细信息

改进了传统的霍普金森压杆(Hopkinson)技术,采用输入波形整形技术,使加载波形更能满足火工品实际加载环境的需要,从试验得出使用整形器最大的特点是可以获得比较光滑的入射波,降低波的弥散效应,可消除高频振荡,明显改善加载波的质量,有较长的上升前沿时间,并且可以获得更接近常应变率的动态加载条件。同时,根据理论预估模型对不同形状的紫铜整形器进行计算,与试验结果对比表明,该预估方法可行。

关键词：波形整形器霍普金森压杆火工品过载应力波

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波形整形器在火工品高过载实验中的应用

波形整形器在火工品高过载实验中的应用

作者：邓强南京理工大学

学位级别：硕士

本文改进了传统的霍普金森压杆(Hopkinson)技术,采用波形整形技术,改变加载波形,获得了比较光滑的入射波,降低了波的弥散效应,保证实验时火工品试样中的应力平衡和均匀变形,得到了更接近常应变率的动态加载条件,使加速度脉冲持续时间t... 详细信息

本文改进了传统的霍普金森压杆(Hopkinson)技术,采用波形整形技术,改变加载波形,获得了比较光滑的入射波,降低了波的弥散效应,保证实验时火工品试样中的应力平衡和均匀变形,得到了更接近常应变率的动态加载条件,使加速度脉冲持续时间t提高数倍,更加真实的反映了火工品实际加载环境。应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟分析,得到火工品组件上的应力速度、过载加速度的时间曲线,并与实验结果进行了分析比较。通过实验及数值仿真结果分析一致性表明: (1) 使用圆柱波形整形器,横截面积越小,产生的加载波形越接近正弦波,使用阶梯性的波形整形器组合产生的加载波近似三角性波,它们最大的特点是有较长的上升前沿时间。 (2) 在Hopkinson试验中通过采取入射波整形技术,可以获得比较光滑的入射波,降低波的弥散效应,可消除高频振荡,明显改善加载波的质量,并且可以获得更接近常应变率的动态加载条件。 (3) 由实验与仿真结果可知,使用波形整形器,从加载到最大值的时间超过100μs,远大于未整形时的20μs,使加速度脉冲持续时间大幅度增加,使加载波形更能反映火工品实际加载环境。 (4) 火工品在加波形整形器的冲击加载下,其应力应变曲线同样具有不加整形器所具有的“三阶段”特性,即弹性区、屈服区和致密区,表现出很强的应变相关性,流动应力随应变率增加而增加。 (5) 证明了采用波形整形器更能反映火工品在高过载环境中的真实性,为制定火工品新的安全性和可靠性评价方法提供了依据。

关键词：波形整形器霍普金森压杆火工品过载应力波仿真

整形器对SHPB入射波形影响规律的定量研究

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北京理工大学学报 2021年第9期41卷 901-910页

作者：任文科李汶峰王江波徐立志高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100080 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

波形整形器是实现分离式霍普金森压杆(SHPB)实验恒应变率加载的重要手段之一,为研究整形器对入射波形的影响规律,本文以紫铜、黄铜、铝等软材料为研究对象,在37 mm霍普金森压杆(SHPB)设备上开展了整形器直径和厚度、撞击杆速度、长度等... 详细信息

波形整形器是实现分离式霍普金森压杆(SHPB)实验恒应变率加载的重要手段之一,为研究整形器对入射波形的影响规律,本文以紫铜、黄铜、铝等软材料为研究对象,在37 mm霍普金森压杆(SHPB)设备上开展了整形器直径和厚度、撞击杆速度、长度等因素对入射波形状影响规律的实验研究,并结合数值模拟仿真研究与量纲分析,给出了入射波T1和T2拐点的量纲一应力、量纲一时间的定量表达式,T1拐点的量纲一应力σ/σ*与量纲一参数Y/σ*,(d/Db)2和h/Lb分别呈线性关系;T2拐点的量纲一时间t/t与量纲一参数h/Lb、Y/σ都是呈线性关系的.

关键词：分离式霍普金森压杆(SHPB)实验波形整形器应力平衡恒应变率

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整形器对入射波形的影响规律研究

兵器材料科学与工程 2021年第2期44卷 11-17页

作者：李汶峰任文科王晓东徐立志高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为分析整形器对入射波形的影响规律,以紫铜T2材料为研究对象,在14.5 mmSHPB试验设备上开展整形器的直径和厚度、撞击杆速度和长度改变对入射波形状影响规律研究。结果表明:直径增大,整形器的广义强度增大,导致第1个拐点T1提高;厚度增加... 详细信息

为分析整形器对入射波形的影响规律,以紫铜T2材料为研究对象,在14.5 mmSHPB试验设备上开展整形器的直径和厚度、撞击杆速度和长度改变对入射波形状影响规律研究。结果表明:直径增大,整形器的广义强度增大,导致第1个拐点T1提高;厚度增加,整形器受冲击压缩应变率降低、压缩时间增加,拐点T1降低,拐点T2右移;撞击杆速度提高使第1个拐点T1提高,拐点T2位置左移;撞击杆长度对整形器调整入射波形状不产生影响,整形器吸收能量相同。

关键词： SHPB试验波形整形器入射波形应力平衡恒应变率

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基于软材料的SHPB波形整形技术

中国科学：技术科学 2016年第4期46卷 393-399页

作者：陈刚张青平黄西成中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621999

脉冲整形常被用来修正霍普金森压杆的入射波形,以保证加载过程中试件的应力均匀性和恒应变率.本文提出了一种具有较好的波形整形效果和较宽适用范围的分离式霍普金森压杆(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... 详细信息

脉冲整形常被用来修正霍普金森压杆的入射波形,以保证加载过程中试件的应力均匀性和恒应变率.本文提出了一种具有较好的波形整形效果和较宽适用范围的分离式霍普金森压杆(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,结合撞击速度调整封泥的用量,可以得到正弦函数及缓升平台的类梯形波等不同的整形效果.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.应用实例显示,经波形整形的SHPB实验试件两端的应力平衡得到较大的改善.

关键词： SHPB 波形整形器真空封泥脆性材料

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改善Hopkinson压杆的波形分离技术

哈尔滨工程大学学报 2009年第4期30卷 461-465页

作者：刘瑞堂果春焕哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001

在阐述一维应力波的理论知识和Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)系统的工作原理基础之上,采用波形整形器改善加载波形振荡,且在入射杆2个不同位置粘贴应变片来测量应变波形,利用大距离应变片粘贴方法的分离波形技术改... 详细信息

在阐述一维应力波的理论知识和Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)系统的工作原理基础之上,采用波形整形器改善加载波形振荡,且在入射杆2个不同位置粘贴应变片来测量应变波形,利用大距离应变片粘贴方法的分离波形技术改善SHPB系统杆长的限制.结果表明,该方法能有效地分离叠加波形,得到完整的入射波和反射波,并且简化了试验的处理过程.同时,采用入射波、反射波和透射波三者之间的关系以及测试的原始波形和分离波形之间的比较来验证,说明了该波形分离技术的合理性及可行性.

关键词： SHPB系统波形整形器分离波形技术一维应力波

花岗岩和混凝土在单轴冲击压缩荷载下的动态性能比较

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岩石力学与工程学报 2007年第4期26卷 762-768页

作者：翟越马国伟赵均海胡昌明长安大学建筑工程学院陕西西安710061 南洋理工大学土木与环境工程学院新加坡639798

采用黄铜波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置,分别对花岗岩和混凝土试件进行不同应变率(101～103)s-1下的单轴冲击压缩试验,有效地减少传统Hopkinson压杆试验中,岩石类脆性材料在内部应力达到均衡之前过早破坏以及输入波的高频... 详细信息

采用黄铜波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置,分别对花岗岩和混凝土试件进行不同应变率(101～103)s-1下的单轴冲击压缩试验,有效地减少传统Hopkinson压杆试验中,岩石类脆性材料在内部应力达到均衡之前过早破坏以及输入波的高频震荡给试验数据带来的波动性。试验结果表明,应变率不仅影响这2种岩石类材料的强度,而且也影响材料的破碎程度和破碎形式,但对材料的初始弹性模量、破坏应变以及能量吸收率影响不大。从花岗岩和混凝土材料的微观结构特征和能量吸收能力等方面,对比分析这2种材料动态性能的共同特点和相互差异,合理地解释试验现象。该方法与结论对其他类型的脆性材料的动态性能研究具有一定的参考价值。

关键词：岩石力学岩石类材料分离式Hopkinson压杆应变率波形整形器能量吸收率

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霍普金森杆波形整形技术研究

霍普金森杆波形整形技术研究

作者：陈庚哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在航空工业、航天工程、车辆工业、船舶工业、核工业以及其他的各种军用或者民用工程领域中,工程材料和结构除了受到自身重力,风载等载荷情况外,还将会遇到爆炸冲击、高速碰撞等情况,这时工程结构受到的是冲击载荷。而在研究材料性能以... 详细信息

在航空工业、航天工程、车辆工业、船舶工业、核工业以及其他的各种军用或者民用工程领域中,工程材料和结构除了受到自身重力,风载等载荷情况外,还将会遇到爆炸冲击、高速碰撞等情况,这时工程结构受到的是冲击载荷。而在研究材料性能以及本构关系时,传统的材料力学实验是在准静态条件下进行的,由于实验条件的限制,准静态实验不能获得高应变率下材料受到的应力与应变的对应关系,也就是说普通的材料力学实验难以获得材料的动态本构关系。所以为了研究材料在高速冲击载荷作用下的力学性能,我们需要研制一套高效、精确的试验设备用来确定材料在高应变率下的本构关系。1949年,Kolsky研制出了一种分离式霍普金森压杆,该实验设备广泛应用于多种材料在高应变率下力学性能的测试,而对于某些特殊材料,例如混凝土、岩石、陶瓷、聚合物等软材料和脆性材料,为了得到精确有效的实验数据,需要利用波形整形技术对普通的霍普金森压杆测试技术进行修正,使得在实验过程中试样以恒应变率变形,同时确保试样中应力分布均匀。本文通过数值模拟的研究方法,开展了对霍普金森压杆设备以及霍普金森拉伸设备的波形整形技术的研究,探讨了几种不同的波形整形方法应用于材料的动态本构关系的确定。本文主要研究内容如下:1.简要介绍了霍普金森杆实验设备国内外的研究状况,同时简要说明了该设备的实验原理以及动态测试方法,简要说明了波形整形技术的概念,总结了国内外学者对霍普金森杆设备的波形整形方法的研究成果,对碰撞冲击的基本理论模型、动态实验的测试方法进行了综述性研究。2.简要介绍了应力波基础理论,该理论是霍普金森杆设备的理论基础,霍普金森杆基本原理就是基于一维应力波理论而得出的。利用应力波理论解释了应力波在传播过程中由于横向惯性引起的弥散效应,弥散效应对于实验的测试精确度有着较为明显的影响,而通过波形整形的方法,可以减小应力波传播的弥散效应,由此说明了在应用霍普金森杆进行实验时,对于应力波整形是十分必要的。3.利用数值模拟的方法,研究了基于霍普金森压杆设备的波形整形技术,分析了模拟试样法和利用紫铜材料作为波形整形器的波形整形方法,随后提出了利用球形波形整形器以及圆头子弹撞击入射杆的方法进行波形整形,改进了原有波形整形技术中的一些缺点。4.利用数值模拟的方法,研究了基于霍普金森拉伸设备的波形整形技术,研究了影响霍普金森拉伸设备入射波形的主要因素,采用实验的方法,探究率无关材料金属短杆波形整形方法,该方法可以得到预期的入射波形,通过应用套筒子弹的方法进一步对霍普金森拉伸设备进行改进,并且讨论了吸收杆对于霍普金森拉伸设备中入射波形的影响,最后通过利用变截面套筒子弹的方法进一步改进了实验设备。

关键词：霍普金森杆波形整形器弹性波动理论数值模拟

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脆性材料SHPB实验技术的研究

岩石力学与工程学报 2003年第11期22卷 1798-1802页

作者：王鲁明赵坚华安增赵晓豹中国矿业大学建筑工程学院工程兵指挥学院基础部力学教研室徐州221004 总参合肥创新工作站合肥230037 南洋理工大学土木及环境工程学院639798新加坡

用SHPB装置研究脆性材料(硬岩、混凝土、高强度砂浆、陶瓷等)及脆性材料组构的非均一材料高应变率下的动力特性。在实验技术方面取得进展,简要研讨了万向头、波形整形器、异形炮弹、软性介质、节理试样与结构性试样等问题。

关键词：脆性材料 SHPB 实验波形整形器异形炮弹高强度砂浆陶瓷