整形器对SHPB入射波形影响规律的定量研究
2021-10-18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京20094北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京00080宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波352
任文科,李汶峰,王江波,徐立志,高光发,2,3 (. 南京理工大学 机械工程学院,江苏,南京 20094; 2. 北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室,北京 00080; 3. 宁波大学 冲击与安全工程教育部重点实验室,浙江,宁波 352)
分离式霍普金森压杆(SHPB)实验已经广泛应用于金属[1-3]、混凝土[4-5]、岩石[6-7]、高分子[8-10]等材料的动态力学性能研究,在SHPB实验过程中必须遵守两个基本假设条件[11],即一维应力假设与应力均匀性假设. 在一维假设中,杆中应力波是一维波[12],忽略横向惯性效,要求入射杆和透射杆足够长且试件形状与尺寸合理;对于第二个假设,试件中的应力波需要经过多次来回反射, 才能满足“均匀化” 假设的要求. 但是对于混凝土之类的脆性材料,破坏应变很小[13],很难保证在试件破坏之前满足应力均匀的要求;对于波阻抗较低的材料如尼龙、橡胶等,需要很长时间才能达到应力均匀状态[14],所以在加载前期一段时间内,试样仍可能处于应力不均匀状态. 此外,SHPB实验过程中需要进行恒应变率加载[15],以确保实验结果的有效性与准确性.
波形整形技术是解决应力均匀性及恒应变率加载问题的一个有效方法,通过对加载脉冲进行控制,调整脉冲上升沿时间、脉冲持续时间、脉冲的幅值等入射波特征[16],减小了撞击过程中产生的高频振荡以及实现试样在加载过程中的恒应变率加载. 波形整形技术主要有异型撞击杆和波形整形器,后者在SHPB实验中受到广泛应用. 对于整形器已经有很多人开展了研究,大部分是针对某一类材料,例如对于混凝土等脆性材料,李为民等[17]研究了不同直径黄铜整形器对入射脉冲的整形效果,实现了恒应变率加载;……
