霍普金森桿沖擊桿應(yīng)力概述
添加時間：2022-11-26 2:11:50
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通常用壓力罐加速的撞桿與輸入桿的末端碰撞并產(chǎn)生壓應(yīng)力作為沖擊載荷到達試樣的波。應(yīng)力波通過樣品傳輸并到達輸出桿，在輸出桿處，應(yīng)力波的大小被測量為應(yīng)變變化，應(yīng)變片貼在表面上。因此，輸出桿具有利用慣性力將試件固定在適當(dāng)位置的作用，同時也具有負(fù)載傳感器的作用。通過試樣的應(yīng)力波可以根據(jù)輸出桿的楊氏模量計算。雖然鋼是最常用的輸出桿材料，但它非常堅硬，應(yīng)力波引起的應(yīng)變很小，這導(dǎo)致信噪比 (S/N) 較低。其他材料，如鋁合金和塑料，具有較低的模量，比鋼更適合應(yīng)力波的高靈敏度測量。另一種提高 S/N 比的方法是使用半導(dǎo)體應(yīng)變片，其應(yīng)變系數(shù)比普通金屬箔片高得多（高達 100 倍）。半導(dǎo)體壓力計的缺點之一是電阻漂移會導(dǎo)致測量的長期不穩(wěn)定。另一個缺點是拉伸和壓縮的應(yīng)變系數(shù)不同。
試樣的變形也可以根據(jù)輸入桿和輸出桿邊緣的速度計算，這可以根據(jù)分別用粘合到輸入桿和輸出桿表面的應(yīng)變計測量的應(yīng)變數(shù)據(jù)來確定。由于可以很容易地獲得相對較高的應(yīng)變率，并且無需任何額外的傳感器即可確定試樣的變形，因此分裂霍普金森桿法是一種非常流行的沖擊試驗技術(shù)。這種巧妙的裝置首先由科爾斯基介紹。因此，它也被稱為 Kolsky 條形法。
當(dāng)應(yīng)力波在試件中傳播時，由于聲阻抗不同，應(yīng)力波在輸入桿與試件或試件與輸出桿之間的界面處發(fā)生部分反射。為了精確測量試樣中的應(yīng)力值，應(yīng)匹配阻抗。如果阻抗匹配困難，建議使用較短的樣品，因為樣品中會很快發(fā)生多次反射，施加在樣品上的負(fù)載會變得非常接近輸出條中的負(fù)載。因此，施加到試件的應(yīng)力值σ s ( t ) 可以根據(jù)輸出桿的應(yīng)變ε t ( t ) 由方程式計算得出。
上述計算試件應(yīng)變的方法并不通用。對于該方法，樣本的長度應(yīng)大于典型的粘合劑厚度。因此，不適合測量對接接頭試樣中粘合劑層的應(yīng)變。相反，即使在足夠長的大塊試樣的情況下，如果試樣太軟，由于反射波小，應(yīng)變測量也很困難。對于軟材料，使用直接粘合在試樣上的應(yīng)變片或使用高速相機拍攝圖像進行應(yīng)變測量可能是更好的方法。
分l離霍普金森桿方法的一個方面，僅適用于壓縮測試，有時是一個障礙，因為通常需要拉伸沖擊測試，特別是對于粘合接頭的測試。因此，應(yīng)通過任何方式將壓縮載荷轉(zhuǎn)化為拉伸載荷。最常用的技術(shù)是在輸入桿的尖端放置一個砧座，一個管狀沖擊器可以在氣壓的作用下加速沿輸入桿滑動，并撞擊砧座，如圖9.13 所示。碰撞對沖擊桿產(chǎn)生拉伸沖擊應(yīng)力并傳播到試樣。其中利用壓縮空氣加速的管狀撞擊器產(chǎn)生拉伸沖擊。為了防止輸入和輸出桿末端反射的應(yīng)力波進行應(yīng)變測量，兩個桿都很長，超過 1.8 m。
Split-Hopkinson 桿法可分為兩種不同的類型，碰撞型和儲能型。上面提到的分裂霍普金森桿的碰撞類型非常流行，適用于壓縮試驗，在某種程度上也適用于拉伸試驗。但它不能用于其他目的，例如扭轉(zhuǎn)測試。相比之下，儲能型分離式霍普金森桿，也稱為“夾緊霍普金森桿”，雖然不流行但很有用，因為它可以通過改變施加在桿上的靜載荷類型擴展到拉伸載荷、扭轉(zhuǎn)載荷和組合載荷輸入欄由執(zhí)行器。
輸入桿是儲存應(yīng)變能并將其轉(zhuǎn)化為應(yīng)力波的元件。為了儲存較高的應(yīng)變能，桿件通常采用彈性極限較高的高強度鋼材。輸出條具有與分裂霍普金森條方法相同的功能。
夾緊系統(tǒng)應(yīng)具有將儲能件端部固定在輸入桿中的功能，以及解除固定的功能。發(fā)布必須在短時間內(nèi)快速完成。緩慢釋放會導(dǎo)致從應(yīng)變能到應(yīng)力波的不良轉(zhuǎn)變。穩(wěn)固固定和快速釋放對于正確的夾緊系統(tǒng)都是必不可少的。最簡單的是使用帶槽口的螺栓或易斷銷的那種，用手?jǐn)Q一下就斷了。當(dāng)帶槽螺栓斷裂時，固定儲能件端部的齒突然松開。類似的夾緊系統(tǒng)是一種使用液壓致動器施加靜態(tài)載荷來折斷帶槽口螺栓的類型。該方法的優(yōu)點是比手動制動螺栓具有更高的夾緊力。即使使用沒有缺口的螺栓，也可以選擇使用電動磨床的機械切割方法，效果非常好！使用爆炸螺栓是另一種選擇。
