Hopkinson桿動態(tài)斷裂韌度測試技術(shù)研究.pdf

1、本文對Hopkinson桿動態(tài)斷裂韌度測試技術(shù)進(jìn)行了研究，以下是主要研究內(nèi)容： 在Hopkinson桿動態(tài)斷裂試驗(yàn)裝置中，加載桿的加載端通常加工成與沖擊擺錘相似的楔形頭狀。這種幾何形狀的改變使得做為Hopkinson桿試驗(yàn)應(yīng)用基礎(chǔ)的一維應(yīng)力波理論是否仍然成立成為疑問。本文分析了楔形頭尺寸對應(yīng)力波傳播及動態(tài)斷裂韌度測試的影響，共設(shè)計(jì)了以下三種尺寸楔形頭：3mm、15.5mm和40mm。通過空槍試驗(yàn)和動態(tài)斷裂試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，楔形頭尺寸越大

2、，則載荷時間曲線振蕩越大，反射波反射越早，相應(yīng)得到的起裂時間誤差越大。因而楔形頭尺寸越小，對動態(tài)斷裂韌度測試的影響越小，試驗(yàn)精度越高。另外本文還出了兩種提高動態(tài)斷裂韌度測試精度的修正方法，即對三種楔形頭分別進(jìn)行彌散修正和慣性修正，收到了很好的效果，這也證明了這兩種方法的有效性。 試樣的受力狀態(tài)對動態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子歷史曲線的確定具有重要影響。而Hopkinson桿動態(tài)斷裂試驗(yàn)往往被認(rèn)為是動態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。本文采用在支座上粘貼半導(dǎo)體應(yīng)

3、變片的方法，證實(shí)了在單桿Hopkinson動態(tài)斷裂試驗(yàn)裝置上進(jìn)行的動態(tài)斷裂試驗(yàn)，存在試樣與支座的脫離現(xiàn)象。并且試樣在其與支座接觸前即己斷裂，即該試驗(yàn)實(shí)際上是單點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，而并非三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。相應(yīng)本文還提出了單點(diǎn)彎曲條件下K，(t)曲線的簡單計(jì)算公式。并采用Timoshenko梁理論對脫離進(jìn)行了分析，得到了試樣的脫離條件，并通過調(diào)整試樣跨距實(shí)現(xiàn)了真正的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。但三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裂尖也要經(jīng)歷單點(diǎn)彎曲狀態(tài)的階段，實(shí)際上單點(diǎn)彎曲試驗(yàn)更具優(yōu)勢。

4、 入射波整形技術(shù)可有效過濾加載波中由于直接碰撞引起的高頻分量，從而減小彌散效應(yīng)。但該技術(shù)目前多用于動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，在動態(tài)斷裂試驗(yàn)中還很少應(yīng)用。本文采用16Mn制作整形器，將其應(yīng)用于動態(tài)斷裂試驗(yàn)，并對波形整形器在動態(tài)斷裂試驗(yàn)中的各種作用進(jìn)行了分析。整形器可以延長入射波的上升沿和下降沿，并使波長變寬同時曲線變得光滑?？蓽p小加載速率的振蕩，使動態(tài)斷裂試驗(yàn)更接近等加載速率試驗(yàn)。整形器還可減小楔形頭的加速度和慣性力，相應(yīng)使楔形頭的應(yīng)力或質(zhì)點(diǎn)

5、速度實(shí)現(xiàn)均勻化的時間變短，從而減小了楔形頭對載荷時間曲線的影響。 動態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子歷史曲線的確定方法多種多樣，尚未形成統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)。目前常用的方法或簡單或便宜，但這些方法的精度及適用范圍還很少1有人進(jìn)行比較分析。本文分別采用Euler梁法、Timoshenko梁法、彈簧質(zhì)量模型法、加載點(diǎn)位移法、模態(tài)疊加法、應(yīng)變片法和試驗(yàn)數(shù)值混合法計(jì)算了7075-T6鋁合金的動態(tài)斷裂韌度值，這些方法均為動態(tài)斷裂韌度測試中常用的。本文分析了以上各