Split Hopkinson Pressure Bar，也稱(chēng)為 Split Hopkinson Pressure bar 或 Kolsky bar，該技術(shù)用于測(cè)量材料在高應(yīng)變率（通常在 100-10.000 1/s 范圍內(nèi)）下的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。SHPB 方法可用于研究材料在壓縮、拉伸和剪切方面的行為。
我們的壓縮測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)如下圖所示。SHPB 裝置由撞針和入射和傳輸壓力桿組成。典型的圓柱形試樣放置在入射桿和透射桿之間。第三個(gè)桿，稱(chēng)為動(dòng)量陷阱桿，也可以在傳輸桿之后添加，以捕獲殘留的傳輸脈沖并防止其作為張力波反射回傳輸桿。該測(cè)試通過(guò)撞擊入射桿的自由端上的撞桿并因此在其中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力脈沖來(lái)執(zhí)行。該脈沖向試樣傳播，當(dāng)它到達(dá)桿和試樣之間的界面時(shí)，部分波被傳輸?shù)絺鬏敆U，而部分波作為張力波反射回入射桿。當(dāng)應(yīng)力脈沖通過(guò)試樣時(shí)，試樣會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)彈塑性變形。使用一個(gè)或多個(gè)粘貼在壓力棒表面的應(yīng)變計(jì)從壓力棒測(cè)量入射、反射和透射三種應(yīng)力脈沖。使用高精度高速測(cè)量系統(tǒng)（即高帶寬應(yīng)變計(jì)放大器和快速數(shù)字示波器）放大和記錄信號(hào)。材料中的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率可以從記錄的脈沖中計(jì)算出來(lái)，時(shí)間分辨率為 1 μs 或更好。使用高精度高速測(cè)量系統(tǒng)（即高帶寬應(yīng)變計(jì)放大器和快速數(shù)字示波器）放大和記錄信號(hào)。材料中的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率可以從記錄的脈沖中計(jì)算出來(lái)，時(shí)間分辨率為 1 μs 或更好。使用高精度高速測(cè)量系統(tǒng)（即高帶寬應(yīng)變計(jì)放大器和快速數(shù)字示波器）放大和記錄信號(hào)。材料中的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率可以從記錄的脈沖中計(jì)算出來(lái)，時(shí)間分辨率為 1 μs 或更好。
SHPB 方法是一種高度專(zhuān)業(yè)化的研究工具，其設(shè)計(jì)、構(gòu)建和利用需要對(duì)彈性波在固體中的傳播、現(xiàn)代機(jī)器設(shè)計(jì)以及電子測(cè)量設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的儀器有全面的了解。在 TAU，有三臺(tái) HSB 設(shè)備，兩臺(tái)用于壓縮測(cè)試，一臺(tái)用于拉伸測(cè)試。TAU 建造的壓縮設(shè)備使用高強(qiáng)度 4340 鋼（屈服強(qiáng)度~1100 MPa）、馬氏體時(shí)效鋼（屈服強(qiáng)度~1900 MPa）和 7075 鋁合金（屈服強(qiáng)度~520 MPa）棒材。拉伸裝置采用4340鋼入射桿和2007鋁合金傳輸桿。每根桿由位于四個(gè)或更多支柱的三個(gè)軸承支撐，這些支柱可以在 y 和 z 方向上單獨(dú)平移以確保桿的精確對(duì)齊。桿的直徑為 22 或 12 毫米，它們的長(zhǎng)度在壓縮系統(tǒng)中從 1200 到 2400 毫米不等，在拉伸系統(tǒng)中從 3000 毫米到 4500 毫米不等。影響加載脈沖持續(xù)時(shí)間的撞桿長(zhǎng)度在壓縮系統(tǒng)中從 100 到 1500 毫米不等，在拉伸系統(tǒng)中從 500 到 800 毫米不等。
撞桿（或拉伸 SHPB 系統(tǒng)中的撞管）的速度是根據(jù)安裝在發(fā)射器管末端且彼此等距的光學(xué)傳感器給出的信號(hào)計(jì)算得出的。使用 12 位 10 MHz Yokogawa 數(shù)字示波器記錄來(lái)自光學(xué)傳感器和應(yīng)變計(jì)的信號(hào)。使用具有 500 kHz 帶寬的 Kyowa CDV 700A 系列信號(hào)調(diào)節(jié)器放大應(yīng)變計(jì)信號(hào)。壓縮 HSB 裝置還配備高/低溫系統(tǒng)，允許在 -190 °C 至 1000 °C 的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以及恢復(fù)（應(yīng)力反轉(zhuǎn)）系統(tǒng)，僅允許第一個(gè)入射脈沖變形標(biāo)本。
試樣中的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率是使用 Matlab 代碼從桿中的彈性應(yīng)力脈沖計(jì)算的。使用班克羅夫特校正方法和快速傅里葉變換校正壓力棒中應(yīng)力波的分散。根據(jù)彈性波在圓柱桿中的傳播理論，可以從校正后的脈沖中計(jì)算出應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變率數(shù)據(jù)。
下圖顯示了 TAU 開(kāi)發(fā)的高溫系統(tǒng)的構(gòu)造和運(yùn)行示意圖。為了避免加熱棒材，爐子放在棒材旁邊，可以通過(guò)機(jī)械操作試樣和棒材來(lái)進(jìn)行測(cè)試。試樣固定在一個(gè)陶瓷棉環(huán)中，該環(huán)放置在一個(gè)特殊的試樣夾臂上，可以氣動(dòng)地從棒的中心線到爐子來(lái)回移動(dòng)。測(cè)試首先將樣品移入熱爐，這是一個(gè)位于鋼筋旁邊的小型管式爐。樣本在測(cè)試溫度下保持約 5-10 分鐘，以確保樣本內(nèi)的溫度均勻。其次，將試樣快速拉至桿的中心線，擊打撞桿。然后，在撞桿和入射桿碰撞前的幾分之一秒內(nèi)，位于動(dòng)量陷阱桿末端的第二個(gè)機(jī)械操縱器將試樣和桿推入接觸。該系統(tǒng)將熱試樣和冷棒之間的接觸時(shí)間限制在 50 毫秒左右，在此期間試樣表面不會(huì)冷卻太多。
