霍普金森拉杆实验装置设计+文献综述(2)
Keywords Hopkinson tension bar High strain rate experiment Air gun Supporting device
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2国内外研究现状.2
1.2.1实验技术发展2
1.2.2实验技术的应用6
1.3本文的主要工作.6
2霍普金森拉杆试验基本原理8
3结构设计10
3.1总体设计.10
3.2子弹.11
3.3杆件.12
3.4发射系统.13
3.4.1滑轨.14
3.4.2空气炮套筒17
3.4.3活塞.19
3.5储气瓶.20
3.6储气罐与发射气炮的连接管道.23
3.7子弹速度的校核.24
3.8支座.25
3.9试件装夹及试件.26
3.10阻尼装置.28
4总装29
结论31
致谢32
参考文献33
1 绪论 1.1 研究背景及意义 随着现代科学技术的发展，越来越多的物体或结构经常会受到冲击载荷作用。例如穿甲弹对坦克装甲的打击，飞鸟对飞机挡风玻璃的撞击，炸药爆炸对结构的冲击等，这些载荷作用的时间非常短，通常在以毫秒、微妙甚至纳秒的短时间内发生运动参量的显著变化。此外，在一系列工程实际问题中会遇到冲击载荷。根据其对结构作用性质的不同，通常可分为两类：一类是动载荷的特征时间大于或者接近于结构的响应时间，这种情况下人们所关心的是整个结构的动态响应。当载荷强度不高时，归结为结构的弹性震动问题。另一类是动载荷的特征时间远小于结构的响应时间，而且载荷强度往往也很高，这就是冲击载荷。这种情况下所研究的是结构受冲击影响区域的局部性的动态响应，归结为结构中的弹塑性波的传播问题。对于前一类冲击载荷问题，是与结构整体的振动特性密切相关；而对于后一类冲击载荷问题，则主要与结构的受冲击影响的局部区域的材料动态特性密切相关。材料在这种短时间、高强度的强击载荷下，将以比常规试验高几个量级的高应变率变形。这时传统的准静态试验所提供的材料力学性能不再适用，而必须计及变形过程中由各种消耗机制所引起的粘性效应或应变率相关。因此，对于高应变率下材料力学性能的研究，对于一切涉及强冲击载荷的工程问题具有十分重要的意义。 高应变率下材料力学性能在实验研究上的困难主要有两点，其一是必须解决比一般震动测量中频响更高的、能达到微妙量级动态力学量的测试技术，第二个就是必须把实验装置和试件的惯性考虑在内，也就是应力波传播效应。否则，就不能对测得的信息进行正确的分析。高应变率实验和准静态实验的根本不同点在于，随着应变率的增加，惯性效应即应力波效应明显增强。通常不可能将惯性效应与研究对象的物理性能（应变率效应）分离开来。 传统的力学试验方法可以在名义上实现有限塑型应变下的恒定加载速率并且从而实现恒定的工程应变率。典型的螺杆传动和伺服液压设备通常用来测量直至应变率为 1s-1的材料应力-应变响应。特殊设计的实验设备诸如装备了高性能伺服液压阀和高速控制采集仪器的实验设备，能在压缩和拉伸试验中实现应变率高达 200s-1。在高于这一应变率范围（即-1200s ） ，可采用射弹驱动的撞击技术，该技术以发展成为能直接或间接在试样材料中产生应力波的传播。而如今测量高应变的实验装置最主要的就是霍普金森杆实验装置，该杆能获得在名义常应变率 103s-1量级的最大均匀单轴加载。应力波通过撞击而产生，所使用的弹性单元为长杆，以保证载荷脉冲的持续时间低于波在杆中传播所用时间。在每种霍普金森杆技术中，压缩实验可以实现材料在高达4 -12 10 s 应变率下的应力-应变响应，而在拉伸和扭转中，所达到的应变水平会稍微低点，同时，在单词试验中真实应变可以达到 0.3。
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