石英晶體傳感器在軟材料霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究.pdf

1、在軟材料的霍普金森壓桿(SHPB)實(shí)驗(yàn)中，采用石英晶體傳感器放大透射信號(hào)并監(jiān)測(cè)試樣兩端應(yīng)力平衡的方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前的研究幾乎都忽略了透射桿端部存在的端部效應(yīng)對(duì)石英晶體傳感器信號(hào)的影響。本文通過(guò)有限元仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，定量討論了端部效應(yīng)對(duì)石英晶體傳感器信號(hào)的影響，總結(jié)了相關(guān)規(guī)律并給出了減小端部效應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，用透射桿端部石英晶體傳感器測(cè)透射信號(hào)的方法完成了3種型號(hào)道砟墊動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測(cè)試。

2、>　　首先運(yùn)用壓電學(xué)理論及有限元仿真的知識(shí)，計(jì)算了單片X-切石英晶體傳感器在受靜力均布載荷作用下的電場(chǎng)強(qiáng)度和電壓值，說(shuō)明了石英晶體傳感器仿真模型的正確性。然后，結(jié)合霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)知識(shí)，用ABAQUS有限元軟件建立了含石英晶體傳感器的霍普金森壓桿模型。調(diào)整石英晶體傳感器在透射桿中的位置，計(jì)算不同位置測(cè)得的電壓時(shí)程曲線，發(fā)現(xiàn)端部效應(yīng)的影響范圍為3倍桿徑以內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，采用控制變量法，分別改變子彈的撞擊速度、試樣的楊氏模量、試樣的直徑、試

3、樣的內(nèi)外徑比值等參數(shù)，計(jì)算了相應(yīng)的電壓時(shí)程曲線，確定了各參數(shù)對(duì)端部效應(yīng)的影響情況。接著以EPDM為試樣，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了端部效應(yīng)影響隨子彈撞擊速度、試樣直徑、試樣內(nèi)外徑比值的變化情況。結(jié)合仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)將試樣設(shè)計(jì)成直徑較大，內(nèi)外徑比值較大的環(huán)形可有效減小端部效應(yīng)影響。
　　基于以上研究結(jié)果，設(shè)計(jì)了合理的試樣尺寸，對(duì)3種型號(hào)道砟墊進(jìn)行了霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)，得到了材料在1000s-1，2200 s-1和3500 s-1應(yīng)變率下的應(yīng)