結(jié)構(gòu)物在爆炸/沖擊載荷下的動態(tài)響應與靜態(tài)響應的區(qū)別實際上包含了介質(zhì)質(zhì)點的慣性效應(波傳播)和材料本構(gòu)關系的應變率效應。
研究材料在高就變率下的動態(tài)力學行為時,與研究材料在準靜態(tài)力學行為時不同,一般必須計及這最基本的兩類效應。問題的核心在于如何區(qū)分這兩類效應,因為就材料的動態(tài)力學行為研究本身而言,研究的目的只是材料的應變率效應。然而,這兩類效應恰好常常相互聯(lián)系,相互影響,相互耦合,從而使問題變得十分復雜。事實上,一方面,在應力波傳播的分析中,材料動態(tài)本構(gòu)方程(材料動態(tài)力學行為)是建立整個問題基本控制方程組所不可缺少的組成部分;換言之,波傳播的研究是以材料動態(tài)本構(gòu)關系已知為前提的;而另一方面,在進行材料高應變率下動態(tài)本構(gòu)關系試驗研究時,一般又必須計及試驗裝置和試件中的應力波傳播及相互作用,換言之,在材料動態(tài)響應研究中又要依靠所試驗材料中應力波傳播的知識來分析。人們就遇到了“狗咬尾巴”或者“先有雞還是先有蛋”的怪圈。?解決這個問題的核心思想之一是設法將應力波效應和應變率效應解耦?;羝战鹕瓧U實驗技術(shù)就是這個思想。在霍普金森桿裝置中,子彈(撞擊桿)、輸入桿(入射桿)、輸出桿(透射桿)均要求處于彈性狀態(tài),且一般要求具有相同的直徑和材質(zhì),即彈性模量E,波速C0和波阻抗ρ0C0均相同。這種技術(shù)巧妙地解決了這個“狗咬尾巴”的問題。一方面,對于同時起到?jīng)_擊加載和動態(tài)測量雙重作用的入射桿和透射桿,由于始終處于彈性狀態(tài),允許忽略應變率效應而只計及應力波傳播;并且只要桿徑小得足以忽略橫向慣性效應,就可用一維波理論來分析。另一方面,對于夾在兩桿之間的試件,由于長度足夠短,使得應力波在試件兩端間傳播所需時間與加載總歷時相比小得足以把試件視為處于均勻變形狀態(tài),從而允許忽略試件中的應力波效應,只計及應變率效應。這樣這兩個效應就解耦了。對于試件而言,就相當于高應變率下的“準靜態(tài)”試驗,對于桿而言,相當于由桿中波傳播信息反推相鄰短試件材料的本構(gòu)響應。這就是霍普金森桿技術(shù)的主要特點,它能使慣性效應和應變率效應解耦。