周刚毅， 董新龙， 付应乾,2

(1.宁波大学 机械工程与力学学院， 浙江 宁波 315211； 2.北京理工大学 机电学院， 北京 100081)

动态帽型剪切试样分析及实验验证

周刚毅1， 董新龙1， 付应乾1,2

(1.宁波大学 机械工程与力学学院， 浙江 宁波 315211； 2.北京理工大学 机电学院， 北京 100081)

对霍普金森帽型试样动态剪切实验及其数据处理开展理论和有限元分析。利用分离式霍普金森压杆对TA2钛合金封闭平板帽型剪切试样进行实验验证，采用数字图像相关法直接测试加载过程试样剪切区的应变演化。结果表明：只要试样设计加载过程试样剪切区应力状态罗德参数μσ满足-0.46<μσ<0.46条件，即可当作剪切状态处理得到等效应力，其误差不超过3.4%；帽型剪切试样实验处理得到的等效应力- 应变本构曲线与圆柱动态压缩本构实验结果符合较好，并且剪切曲线可反映出材料发生绝热剪切起始、扩展演化以及破坏的“软化”过程。

固体力学； 帽型剪切试样； 应力状态； 动态本构特性； 绝热剪切； 数字图像相关法

0 引言

材料剪切变形及断裂行为一直是材料动态力学特性研究的热点[1]，因此产生了很多实验技术，如圆柱试样动态压缩[2]、薄壁管扭转[3]、帽型试样动态剪切[4-6]等，用以研究材料的动态剪切行为。帽型试样具有结构简单、准静态及冲击动态加载方便等特点，被研究者较多采用。Meyer等[4-5]与Hartmann等[6]最早提出圆柱帽型受迫剪切实验方法，用于金属(如钛、钢、铝合金、钽、锆合金以及不锈钢等)的动态剪切性能及绝热剪切破坏研究。圆柱帽型试样具有轴对称、动态加载方便的优点，但加工精度难以控制，而且圆柱帽型试样难以对剪切区的变形局域化、温度及破坏演化过程进行观测。为此，Clos等[7]设计了一种扁平帽型试样，可直接对剪切区变形及温度演化[8-9]进行测试。但无论圆柱帽型还是扁平帽型试样，在受迫剪切的加载过程中由于试样几何、结构的变形，试样受迫剪切区实际不是理想的纯剪切状态，不可避免地存在复杂应力状态作用。……