材料在高應(yīng)變率沖擊載荷下的本構(gòu)行為是材料性質(zhì)很關(guān)鍵的材料在高應(yīng)變率沖擊載荷下的本構(gòu)行為是材料性質(zhì)很關(guān)鍵的一個方面，分離主要的實(shí)驗(yàn)手段本文首先根據(jù)應(yīng)力波理論，討論了彈性桿中一維應(yīng)力波的傳播，兩彈性桿的進(jìn)而從理論上闡明了傳統(tǒng)的SHPB技術(shù)的基本原理，并且簡要介紹了本實(shí)驗(yàn)室研率加載這兩大問題，建立了入射波整形技術(shù)。在輸入桿前端的中心位置粘貼一塊的黃銅圓片，通過它的塑性變形來有效地增加入射應(yīng)力脈沖的上升時間，從而保變形均勻和應(yīng)力平衡。另外，通過整形器的合理設(shè)計(jì)，可以很方便地獲得常應(yīng)更進(jìn)一步，通過應(yīng)力波傳播過程的理論分析，建立了預(yù)估入射波形的理論模型。模型，可以計(jì)算出各種參數(shù)情形下的入射波形。這樣結(jié)合整形器的設(shè)計(jì)思想。便我們選取合適的初始條件，以便確保常應(yīng)變率加載，可以減少實(shí)驗(yàn)的嘗試，真正硅橡膠材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能。利用石英晶體的壓電效應(yīng)，用x一切片代替應(yīng)變片直接測量輸出杼中的應(yīng)力信號，信號幅值可以提高三個量級，大大力信號的信嗓比。另外，我們在試樣兩端的壓桿表面嵌入石英晶體，來直觀地監(jiān)端的應(yīng)力平衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種硅橡膠材料對應(yīng)變率十分敏感最后，我們利用改進(jìn)的SHPB技術(shù)對三種樹脂基尼龍復(fù)合材料進(jìn)行了高應(yīng)變壓縮力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)測試。獲得了應(yīng)變率分別約S“的材料力應(yīng)變曲線，給出了材料本構(gòu)的應(yīng)變率效應(yīng)分析和高應(yīng)變率下材料性質(zhì)的比較impactloadingusuallyimpactloadingusuallymaterialshighofAccordingtowave，thetransmissionofone—dimensionalharddynamicequilibriumconstantstraintechniquedeveloped，Wethefrontfaceoftheincidentbar，theofdampstheincidentwaveformdynamicequilibriumanddeformationinthespecimen．Accordingmethodofpulsedesigning，theloadedconstanteasily．Furthermore，wetheoreticalmodelsurfacemountedtransmissionexperimentssiliconrubber．ThisCantheenhancethesignal—noiseWhat’Smore，wemountpiezoelectriccrystalforcethefacesinshowthatthreedynamiccompressivestress．straintheS～respectively，Weanalyzeeffecttestedmaterials，andcomDa辯matrix本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取的研究成果．盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫過的研究成果，也不包含為獲得國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)或其教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意學(xué)位論文題目盆受盛霍萱全盤壓盤塞墜繭盔數(shù)迭堂貍應(yīng)圭立以年f月洲學(xué)位論文作者簽名日期學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)本人完全了解國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。本人授國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)可以保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電文檔，允許論文被查閱和借閱；可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文(保密學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書學(xué)位論文題目金直盛霍董金盎壓盤塞驗(yàn)拉盔的邀進(jìn)塑座重猛日期以年r月立作者指導(dǎo)教師簽名Et期：》哆年r序名論第一章課題背材料的力學(xué)性能是十分復(fù)雜的，它依賴于許多論第一章課題背材料的力學(xué)性能是十分復(fù)雜的，它依賴于許多因素。不僅與材料本身的內(nèi)部而且與外部加載條件如加載速率、加載的大小有關(guān)。同時還受加載時的環(huán)境因濕度以及圍壓等的影響。其中加載速率的影響是很重要的，許多材料在動態(tài)加響應(yīng)行為，與其在靜態(tài)加載條件下的響應(yīng)行為相差很大。不同的實(shí)驗(yàn)裝置用于研不同應(yīng)變率下的力學(xué)性能。以研究材料的壓縮力學(xué)性能為例，液壓伺服式材料試提供S’)條件下產(chǎn)生高加載的能力。分離式Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)被認(rèn)為是獲得材料在S1高應(yīng)變率范圍內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的最主要實(shí)驗(yàn)手段[1]。輕氣炮加載和平面波s。以上超高應(yīng)變率的動態(tài)加載。分離式Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)填補(bǔ)了載與超高應(yīng)變率加載之間的部分空缺應(yīng)變率范圍，這個范圍恰好包括了流動應(yīng)力變化發(fā)生轉(zhuǎn)折的應(yīng)變率。因此，分離式Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)成為研究縮力學(xué)性能一個最基本的實(shí)驗(yàn)手段其中，從而使這一裝置可以用于測量材料在沖擊荷載下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。由于這～用了分離式結(jié)構(gòu)，因而被稱為分離式Hopkinson壓桿，簡稱HPressureBar)SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)的核心是兩個基本假定，即：一維性假定和均勻性假定。根據(jù)～定，可以通過一維彈性波理論推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)力一應(yīng)變一應(yīng)變率關(guān)系的基據(jù)均勻性假定，可以進(jìn)一步簡化這一基本公式。在最初的二十年里，人們圍繞這術(shù)的兩個基本前提：一維應(yīng)力波的傳播和試樣處于均勻的受力和變形狀態(tài)，進(jìn)行了較容易滿足的。然而，目前我們更需要研究的是一些比較特殊的材料較容易滿足的。然而，目前我們更需要研究的是一些比較特殊的材料。如巖石、裝等破壞應(yīng)變很小的脆性利料；泡沫塑料、硅橡膠等波阻抗很低的軟材料；以及內(nèi)部組分復(fù)雜、均勻性極差的混凝土材料等等。利用傳統(tǒng)的SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)來研首要的問題是實(shí)驗(yàn)中均勻性假定是否仍然成立。周風(fēng)華等[5的討論，并將這種不均勻性分為“時間不均勻性”和“空間不均勻性”，提出平移法及三波法計(jì)算公式。劉劍飛等[6]在此基礎(chǔ)上，針對多孔介質(zhì)進(jìn)一步提于一般材料的解耦的數(shù)據(jù)處理方法。然而，這類修正方法通常給數(shù)據(jù)處理帶來相當(dāng)性，而且還可能引起新的誤差。因此，如果使用SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)測試材料高應(yīng)變態(tài)壓縮力學(xué)性能，應(yīng)該首先從實(shí)驗(yàn)技術(shù)上加以改進(jìn)，使之滿足其前提條件其次，在以往的SHPB實(shí)驗(yàn)中對試樣的常應(yīng)變率加載問題也一直未能引起足夠的了試樣中應(yīng)變率的狀態(tài)，平的反射波形意味著常應(yīng)變率加載，對應(yīng)的應(yīng)變時程曲入射波和透射波的制約，也是不可調(diào)的。因此很難有效地控制加載過程的應(yīng)變率其是獲得常應(yīng)變率狀態(tài)另外，利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)對一些軟材料進(jìn)行測試時，由于軟值，與外界的干擾信號處于同一個量級，此時已經(jīng)無法采用常規(guī)的電阻應(yīng)變片來另外由于返回輸入桿中的反射波和入射波幅值信號非常接近，也已經(jīng)不能夠用它L等[10]建間的差值來確定試樣加載側(cè)的應(yīng)力。為了解決這方面的問題抗較低的聚合物桿取代傳統(tǒng)的金屬桿H等[11]則成功地采用E值較低的粘試了泡沫塑料的動態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。然而采用粘彈性桿，既需要考慮粘彈性—性以及拉壓不對，弱加據(jù)—性以及拉壓不對，弱加據(jù)上難劍飛等采用VDF電計(jì)測試了一種硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的動態(tài)壓縮力學(xué)性能，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出曲線與應(yīng)變片測量的結(jié)果相差較大針對以上這些問題，傳統(tǒng)的SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)還需要進(jìn)一步地加以改進(jìn)，使得這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究越來越多材料的動態(tài)壓縮力學(xué)性能，從而拓寬這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在及科學(xué)研究中的應(yīng)用范圍課題研究的主要內(nèi)助。課題的主要任務(wù)是以研究材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能為目的，對實(shí)驗(yàn)技術(shù)加以改進(jìn)，從實(shí)驗(yàn)與理論兩方面出發(fā)，建立能夠有效地用于研究軟材本構(gòu)行為的SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論分析方法>綜述了國內(nèi)外SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀>從理論上分析推導(dǎo)了SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本原理>通過實(shí)驗(yàn)研究了入射波整形技術(shù)的規(guī)律，以及如何實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載射波形的預(yù)測結(jié)果>實(shí)驗(yàn)測試了一種硅橡膠材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)波整形技術(shù)，使得試樣在加載過程中保持應(yīng)力平衡和實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載還應(yīng)用石英測試技術(shù)來直觀地監(jiān)測試樣兩端的應(yīng)力平衡和測量微弱的透射對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。對比靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行了應(yīng)變率效應(yīng)分析，并對復(fù)合材料在同一應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能進(jìn)行了比較析推導(dǎo)了預(yù)估入射析推導(dǎo)了預(yù)估入射波形的理論模型，給出了經(jīng)過整形器整形以后入射波形的預(yù)測結(jié)四章介紹了一種硅橡膠材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)測試。重點(diǎn)介紹了如何利用電傳感器直接測試透射桿中的應(yīng)力信號和監(jiān)測試樣兩端的應(yīng)力平衡。并應(yīng)用了入技術(shù)，使得試樣在加載過程中保持應(yīng)力平衡和實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載；第五章系統(tǒng)分尼龍復(fù)合材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能，并加以比較；最后為結(jié)束語，總結(jié)所做的工作和今后的研究方向分離式霍普金森壓桿的研究現(xiàn)1949年Kolsky的論文被認(rèn)為是SHPB分離式霍普金森壓桿的研究現(xiàn)1949年Kolsky的論文被認(rèn)為是SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)的始創(chuàng)。SHPB實(shí)驗(yàn)裝置從以來，已經(jīng)有五十多年了。它作為研究材料動態(tài)力學(xué)性能的最基本實(shí)驗(yàn)裝置，的應(yīng)用。當(dāng)今，國內(nèi)外一些從事材料動態(tài)力學(xué)性能研究的高?；騿挝?，大多都實(shí)驗(yàn)裝置在國內(nèi)，二十世紀(jì)80年代初，中科院力學(xué)研究所率先設(shè)計(jì)加工了置，至今有這種裝置的單位約有十多家，如中科院力學(xué)所、中國科技大學(xué)、中研究院以及解放軍工程兵三所等等。利用這些裝置，已經(jīng)做了大量的實(shí)驗(yàn)。涉有金屬、巖石、有機(jī)玻璃、樹脂、橡膠、泡沫塑料以及混凝土等在國外，二十世紀(jì)70年代前后，關(guān)于這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的討論很熱烈，美英大量的文獻(xiàn)[15一18]討論了這方面的問題。主要圍繞這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的兩個基本較為全面的研究論證，建立了有關(guān)試樣的設(shè)計(jì)原則和數(shù)據(jù)處理的修正方法。了各種實(shí)驗(yàn)方法上的改進(jìn)和理論方面的修正[19，20]。特別是通過改進(jìn)SHPB實(shí)試研究了兩類特殊材料(軟材料和脆性材料)的沖擊壓縮性能。如w．Chen等脆性材料的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系[22]由于SHPB實(shí)驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量方法精巧、加載波形容程材料流動應(yīng)力的應(yīng)變率敏感性變化比較劇烈的范圍。因此，SHPB現(xiàn)在已經(jīng)成為測動態(tài)力學(xué)性能最基本的一種實(shí)驗(yàn)裝置，并且仍有蓬勃發(fā)展的趨勢。主要的發(fā)展動向>設(shè)計(jì)大口徑的SHPB裝置。由于巖石、混凝土和一些復(fù)合材料其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不外，通過在SHPB裝置上附加恒溫加熱爐，可以用來測量高溫條件下材料》加強(qiáng)對Hopkinson裝置自身的研究。外，通過在SHPB裝置上附加恒溫加熱爐，可以用來測量高溫條件下材料》加強(qiáng)對Hopkinson裝置自身的研究。如對制作桿材料的選擇；用數(shù)值帶來的誤差[28]；實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理的自動化等等彈性桿中一維應(yīng)力波的傳SHPB實(shí)驗(yàn)方法的基本核心是彈Jf＼?一x推導(dǎo)彈性桿中一維應(yīng)力波的基本公式x+八、：JfI：／j2．2、1彈性桿中的一維應(yīng)力圖2．1給出了桿中微元在一維應(yīng)x+△x+u+缸圖桿中微元在一維應(yīng)力下的變’式中A為桿的橫截面積，p是桿的密度，u是微元在X處的位移。根據(jù)應(yīng)力定義以及虎克定律，可以得到微元內(nèi)質(zhì)點(diǎn)軸向應(yīng)力、應(yīng)變的表達(dá)式及它們之間的￡=一一—』堡壘壘壘姿蘭些些堡蘭壘垡二蘭一—』堡壘壘壘姿蘭些些堡蘭壘垡二蘭竺 2吒缸方程(2．6)一般有通解將上式關(guān)于x求偏導(dǎo)數(shù)綜合(2．3)、(2．4)、(2．9)以及(2．10)四式，最終可以得到微元內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的軸質(zhì)點(diǎn)速度的關(guān)系式中cn是桿中質(zhì)點(diǎn)沿x軸方向的速度。以上我匪竺incidenta)撞擊習(xí)圖2．2表示一撞擊桿以速度v0從左向右撞擊原來靜止的輸入桿。撞擊圖2．2表示一撞擊桿以速度v0從左向右撞擊原來靜止的輸入桿。撞擊桿的長度擊桿的彈性模量、橫截面積、密度以及其中的波速分別為邑。A。P。。和c扎，輸t和c。撞擊前(t<O)，撞擊桿中的質(zhì)點(diǎn)速度等于撞擊速度，即：v=Vo。撞擊后(t>O)，兩個壓縮波分別傳入撞擊桿和輸入桿中。設(shè)撞擊后界面速度為Vn，那么根據(jù)界面處性條件，我們知道，界面處撞擊桿內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)速度與輸入桿內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)速度應(yīng)該相等。％一又根據(jù)牛頓第三定律，我們知道，界面處兩個表面上的受力應(yīng)該相等。即盯∥。=盯，爿P。C。％爿。=p．c。K爿。聯(lián)立(2．12)式和(2．14)式，我們可以分別解出撞擊桿內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)速度與輸入桿_：—拿牛 ：j粵譬。?！?’’‘?。?p，爿，f。+pⅢ爿相應(yīng)地，撞擊桿與輸入桿內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的軸向應(yīng)力分別為鏟印，—型型如果撞擊桿與輸入桿為相同的材料，并且具有相同的橫截面積。c。爿。=一C，爿，=pc04，則(2．15)～(2．18)式可以進(jìn)一步地簡化為1達(dá)撞擊桿的左端面，此時整個撞擊桿以Vo／2的速度向右運(yùn)動。同時，由于撞擊桿達(dá)撞擊桿的左端面，此時整個撞擊桿以Vo／2的速度向右運(yùn)動。同時，由于撞擊桿與右行的卸載波發(fā)生重疊，這樣當(dāng)t=2L／c。時，整個撞擊桿內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力和質(zhì)端面的質(zhì)點(diǎn)速度V。=Vo／2廣—肛2阻抗pc。A時，輸入桿l?r—I肛21c2的幅值由撞擊速度制，波持續(xù)的時間由度來控制圖2．3撞擊桿中應(yīng)力波傳播示意傳統(tǒng)SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本原傳統(tǒng)的SHPB裝置由撞擊桿、輸入桿和輸出桿組成，被測試樣夾在輸入桿和輸出如圖2．4所示自的波阻抗小于壓桿的波阻抗，將反射一個波返回到輸入的波阻抗小于壓桿的波阻抗，將反射一個波返回到輸入桿中，并經(jīng)過試樣透射一到輸出桿中壓桿中的脈沖信號通過應(yīng)變片來測量，輸入桿表面的應(yīng)變片測量入射和反射e，，輸出桿表面的應(yīng)變片測量透射信號s。。假定壓桿為同一種材料并具有相同積，壓桿的彈性模量、波速和橫截面積分別為E，c。，A。試樣的橫截面積和厚：和l。。下面根據(jù)上節(jié)的應(yīng)力波傳播理論，推導(dǎo)如何利用應(yīng)變片測量的入射、反t來確定試樣中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。推導(dǎo)過程中我們均假定壓為正，右為正魯=半??????????????弦根據(jù)上節(jié)推導(dǎo)的質(zhì)點(diǎn)的軸向應(yīng)力和質(zhì)點(diǎn)速度的關(guān)系，我們有于是，試樣兩端面上的質(zhì)點(diǎn)速度v；，v：可以表達(dá)成VI=Co(s。一2oo占將上述兩式代入(2．22)式中，便得到了試樣中應(yīng)變率的計(jì)算公式t=爭j(t下面計(jì)算試樣中的應(yīng)力。試樣兩端面的受力分別為：P,--EA(，+占，)，PfEAs，。丁二只=華：等于均勻狀態(tài)，可以得到F。(f)+囂，(f)=日(f)。這樣于均勻狀態(tài)，可以得到F。(f)+囂，(f)=日(f)。這樣三波公式便可以簡化為兩波公射波秘反射波進(jìn)行計(jì)舞刪吒。鏟一孕n墮：一魚。。斑l這樣只要試樣中威力應(yīng)變處于均勻狀態(tài)，我們便可以根據(jù)應(yīng)變片測量的反射瓣售號計(jì)算密試襻孛懿應(yīng)力、應(yīng)交稻纛交率。以上公式中詩舅逛匏應(yīng)歹了穗應(yīng)交實(shí)程應(yīng)力和應(yīng)變。在不可壓的假定條件下，真實(shí)應(yīng)力和成變與工程應(yīng)力朔應(yīng)變之間系為盯r=(1一s)盯根據(jù)傳統(tǒng)SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本原理，本實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)建立了一套霍普金森壓系統(tǒng)，并研鍘了褶應(yīng)豹電路測艇系統(tǒng)，配備了相關(guān)的硬俘設(shè)備，編寫了相應(yīng)的數(shù)件。整個實(shí)驗(yàn)裝置及測量系統(tǒng)筒圖如圖2．5所示壓桿是實(shí)驗(yàn)裝置中最為重要的部分，壓桿材料的選擇、尺寸壓桿是實(shí)驗(yàn)裝置中最為重要的部分，壓桿材料的選擇、尺寸的確定一般需要綜輸入桿與撞擊桿材料相同時，撞擊桿的長度L決定了入射應(yīng)力脈沖的寬度九反射波形；輸出桿的長度應(yīng)保證其端面反射回來的卸載波不會干擾透射信號的測量力波的傳播，從而可以忽略橫向慣性效應(yīng)的影響我們的霍普金森壓桿系統(tǒng)主要由撞擊桿、輸入桿、輸出桿以及吸收桿組成20mm和40ram，可以分別用來測試均質(zhì)材料的小試樣和料的大試樣。輸入桿和輸出桿的長度分別為2000rIlIIl和1000mm，桿質(zhì)為相同的材驗(yàn)的需要得到不同寬度的加載波形。另外，我們加工了若干個尼龍?zhí)?，尼龍?zhí)椎膹椒謩e與撞擊桿的直徑和發(fā)射管的內(nèi)徑相同。將尼龍?zhí)滋自谧矒魲U的前后兩端保證了撞擊桿能夠撞擊輸入桿端面的中心位置，減小了撞擊桿與發(fā)射管之間的摩擦重要的是，實(shí)驗(yàn)時對于不同直徑的壓桿，我們只需要選用不同內(nèi)徑的尼龍?zhí)拙涂梢圆恍枰俳⒘硗庖惶字睆降膲簵U吸收桿主要用來吸收來自輸出桿的動能，削弱和延緩二次波加載效應(yīng)。將吸出桿連接起來，可以防止輸出桿端面反射回來的卸載波干擾正常的透射信號。吸的吸收器用來吸收由吸收桿傳來的能量。為了避免撞擊過程中壓桿跳起，同時為的軸向撞擊，我們在壓桿的軸向方向上用一排套筒固定。套筒內(nèi)采用軸承或尼龍樣減少了與桿之間的摩擦，使得桿在撞擊過程中能夠無約束地移動速度為我們使用的光測裝置為盧力老師設(shè)計(jì)研制的KD205—2B紅外測速度為我們使用的光測裝置為盧力老師設(shè)計(jì)研制的KD205—2B紅外測速儀桿上應(yīng)變波形的測量采用電阻應(yīng)變片法，入射、反射和透射應(yīng)變分別由貼在輸出桿表面的應(yīng)變片來測量。我們分別在輸入朽和輸出桿兩側(cè)對稱位置粘貼兩片高變片，將應(yīng)變片分別連接到兩臺KD205—1A動態(tài)變測試儀，儀器是由盧力老師設(shè)計(jì)研制的D205—1A動態(tài)應(yīng)變測試儀是按照電橋?qū)ΨQ臂外A所示。此儀器的原理是利用電橋的特性來測量變電阻的變化。我們知道，處于平衡狀態(tài)的電橋△u：墜：竺dR由上式可以看出，輸出電壓的變化與任意橋臂電阻的變化呈線性關(guān)系。進(jìn)一步稱臂的電阻同時變化時，輸出電壓的變化是這兩臂變化的線性疊加。利用這一特將兩個應(yīng)變片加到電橋?qū)ΨQ臂上進(jìn)行測量由于應(yīng)變片阻值的變化與應(yīng)變成線性關(guān)系，即：：—————墅璧堂苧查壟型垡蘭些型型鎏式中U。為電橋的橋：：—————墅璧堂苧查壟型垡蘭些型型鎏式中U。為電橋的橋路電壓，K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，靈敏系數(shù)在進(jìn)行動態(tài)進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定。根據(jù)2．2節(jié)的應(yīng)力波傳播理論，容易得到應(yīng)變值8與撞擊速度Vo中聲速C。的關(guān)系占：衛(wèi)根據(jù)(2．38)和(2．39)兩式，我們便可以對應(yīng)變片的靈敏系數(shù)進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定楊=4月 巡％U??????????????(2．4。2．4．3數(shù)據(jù)采集和處理系目前，實(shí)驗(yàn)室用于記錄波形的示波器主要有美國力科公司的Lecroy9370雙們通過專業(yè)的采集程序Star來完成。關(guān)于SHPB實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理，根據(jù)技術(shù)的基本原理和我們裝置自身的特點(diǎn)，白行編寫了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序[附錄1]。唐建平同學(xué)還用目前已經(jīng)利用這套新建成的SHPB實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試了金屬、碳酚醛復(fù)及尼龍、硅橡膠和泡沫等高分子聚合物材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能。大量結(jié)果表明，我們的這套實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)使用起來方便快捷，可重復(fù)性好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果靠，可以廣泛應(yīng)用于材料動態(tài)壓縮力學(xué)性能的研究測試第三章入射波整形技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論研傳統(tǒng)的SHPB實(shí)驗(yàn)第三章入射波整形技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論研傳統(tǒng)的SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)采用直接加載，加載波形上疊加了由直接碰撞引起的高頻另外，此時加載波形的上升前沿只有10～20微秒。對于金屬這類高阻抗材料波速在3000m／s以上，即使厚度超過lO毫米的試樣，也能在加載波的上升時力平衡。而對于低阻抗材料，材料中的波速在1000m／s甚至100m／s以下，即使G等[31]的載波在試樣中來回反射三次以上可以達(dá)到試樣中應(yīng)力平衡的要求。所以在相當(dāng)長時試樣處于應(yīng)力不均勻狀態(tài)，此時在數(shù)據(jù)處理中經(jīng)常采用的應(yīng)力均勻性假定不再是SHPB實(shí)驗(yàn)方法的前提。因此對于低阻抗材料，運(yùn)用傳統(tǒng)的SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)不對于試樣中難以達(dá)到應(yīng)力平衡和變形均勻的問題，目前主要有兩類解決途徑實(shí)驗(yàn)技術(shù)上加以改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)過程滿足SHPB實(shí)驗(yàn)的前提條件：二是在數(shù)據(jù)處定的措施，修正實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差。這類修正方法通常給數(shù)據(jù)處理帶來相當(dāng)?shù)膹?fù)還可能引起新的誤差。因此，如果使用SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)測試低阻抗材料高應(yīng)變率應(yīng)變關(guān)系，應(yīng)該首先從實(shí)驗(yàn)技術(shù)上加以改進(jìn)，使之滿足其前提條件于是，入射波整形技術(shù)被提出來了。入射波整形技術(shù)最初用來過濾加載波碰撞引起的高頻分量，從而減小波的彌散效應(yīng)[32]。在我們的實(shí)驗(yàn)中，入射波要用來保證實(shí)驗(yàn)時試樣中的應(yīng)力平衡和變形均勻，以及實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載實(shí)驗(yàn)時我們在輸入桿撞擊端的中心位置用真空脂粘貼上單片或組合型的整形器擊桿在碰撞加載過程中先撞擊整形器，再通過整形器將加載應(yīng)力波傳入輸入桿載波的波形就會發(fā)生變化。整形器的材料一般選取塑性較好的材料，通過它們來有效地增加入射應(yīng)力脈沖的上升時間，從而保證試樣中變形均勻和應(yīng)力平衡：=：————墼窯絲壘壘望型壘型塑絲絲圣載問題一直未能引起足夠的關(guān)注。：=：————墼窯絲壘壘望型壘型塑絲絲圣載問題一直未能引起足夠的關(guān)注。在SHPB實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該通過調(diào)整加載條件，保傳統(tǒng)的SHPB技術(shù)采用直接加載，入射波為不可調(diào)的方波，反射波的波形受透射波形的制約，也是不可調(diào)的。因此很難有效地控制加載過程中的應(yīng)變率情獲得常應(yīng)變率狀態(tài)。入射波經(jīng)過整形以后，根據(jù)入射波形的情況，通過合理的[34]，可以很方便地獲得常應(yīng)變率加載圖3．i給出了SHPB實(shí)驗(yàn)中整形以后的典型入射波形示意圖。從圖中可以看出上升后出現(xiàn)第一個拐彎點(diǎn)A，然后繼續(xù)爬升至最B，最后開始下降卸載。這兩點(diǎn)的幅值分別與整的直徑越大，A點(diǎn)的幅值越高；撞擊速度越大的幅值越高。只要碰撞速度大于A點(diǎn)處幅值對們通過合理調(diào)整整形器的直徑和撞擊速度的∞小，可以設(shè)計(jì)出入射波形由兩部分組成，圖3．1整形后的入射波，=sJl+‘f2，并使得占，2=占，，則由應(yīng)力平衡條件，占，。=k|∞卜爭(f)一》(fo)這一設(shè)計(jì)思想可以幫助我們根據(jù)反射波形的情況，來合理地調(diào)整加載速度，以波是一個平臺波，從而實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載要降低加載速度；相反地，如果反射波從拐點(diǎn)處開始下降，則需要增加撞擊速度，實(shí)現(xiàn)反射波持續(xù)一平臺過程喜葶』臻入騫聾波整形技術(shù)，我農(nóng)針對穗橡蔽試群{葶』臻入騫聾波整形技術(shù)，我農(nóng)針對穗橡蔽試群{羲了一系列實(shí)驗(yàn)，送行整形矮律采用入射波整形技術(shù)廂，改善了加載波形，使得加載波形變?nèi)炱交?；獲得了具時溺藏上升前沿平緩的入射波形，使德硅橡黢試彈在實(shí)驗(yàn)過穩(wěn)中處予應(yīng)力平衡整形器的直徑，通過邋當(dāng)?shù)卣{(diào)熬加載速度，獲得了常虛變率加載；并且得到了整與加載應(yīng)變率之間以及加載應(yīng)變率與試樣厚度兩者之間的定量關(guān)系。這對今瞄進(jìn)商應(yīng)變率的動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)有一定蛇參考意義實(shí)驗(yàn)是在沖擊波物理與爆轟物理黧防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室瓣SHPB圖2．5所示。壓桿的材料為LC4鋁合眾，撞擊桿、輸入桿和輸出桿的崴徑都怒擊耪豹長度為113蕊，輸入釋秘輸密釋匏長度筠為793mm。囂釋的洚贛模量P=2．859／cm3，泊松比臚O．31。試樣的材料是硅橡膠，密度P=1．189／cm3。根據(jù)等[3S3的試樣尺寸設(shè)計(jì)原酗，針對蠹徑為14．5mm的隧稈，將試樣熱工成直徑為面平行度小于lOm的薄圓柱彤。厚度分別為2．1mm，3．5mm秘4，9mm實(shí)驗(yàn)中一般采用黃銅來作為整形器材料，但對于像硅橡膠這類特別軟的材個整形爨對波形蛉改饕效果仍不§§長加載波形的上升時間，我們采用了組合型的糇形器，在較大尺寸的黃銅整形器的爵疊嬲一個出醚橡膠謄《殘懿雯，j、鶼整形器。實(shí)驗(yàn)黠我餐在輸入耔撞壹端翡中心3．3。2渡形整形靜效閏3．3和圖3．4繪出了來加整形器和采用整形器廂的入射波形和反射波形。從過濾了，這樣減少了波在長距離傳播中的彌散失真；另外，采用了整形器以后，入上升前沿變得平緩，上升時間明顯增加，從而可以保過濾了，這樣減少了波在長距離傳播中的彌散失真；另外，采用了整形器以后，入上升前沿變得平緩，上升時間明顯增加，從而可以保證試樣中應(yīng)力平衡和變形的均同時，反射波基本上是一個平臺波，由應(yīng)變率和反射波之間的比例關(guān)系式(2．32)知驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了常應(yīng)變率加載3．3．3常應(yīng)變率加載的實(shí)根據(jù)軟材料的試樣尺寸設(shè)計(jì)原則[36]，我們重點(diǎn)針對2．1mm厚度的試樣改直徑(3．5mm～lO．5mm)做了一系列實(shí)驗(yàn)。按照§3．2節(jié)提出的常應(yīng)變率加載方一尺寸的整形器，通過合理地調(diào)整加載速度，實(shí)驗(yàn)中均實(shí)現(xiàn)了常應(yīng)變率加載。表了厚度為2．1mm硅橡膠試樣的實(shí)驗(yàn)加載條件和相應(yīng)的應(yīng)變率值同一尺寸硅橡膠試樣常應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)的加載條件和結(jié)表試樣尺整形器尺撞擊速應(yīng)變m10．OOx2010巾巾中中中1054(brass中從表3．1可以看出，當(dāng)整形器直徑越大時，要實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載，相應(yīng)的撞擊越大33=：=：。一：』些邕蘭壘墮蘭墼型璧塞壘堡圣材料)直徑之間成線性增長的關(guān)系以上我=：=：。一：』些邕蘭壘墮蘭墼型璧塞壘堡圣材料)直徑之間成線性增長的關(guān)系以上我們只考慮了同一尺寸鮑試櫸，對不同尺寸的試樣，蕻他實(shí)駿也證明了類似縫諗?；?，S繪出了是忿穩(wěn)碳酸醛試攆與整形器壹絞之淹懿關(guān)系。實(shí)驗(yàn)是在我韜圖3．5整膨器直徑與應(yīng)變率(冠一蟮度試櫸己實(shí)駿室的SHPB上完成的，壓桿為400r稈。尼龍?jiān)嚇拥暮穸葹?cm，碳酚醛試樣的度為5．5cm。嗽于兩種試樣的熙度不～櫸，此為了考慮試樣厚度的影響，將試樣厚度應(yīng)變霉含共為一項(xiàng)。另鈐，必了斃較，黧3。還給出了硅橡膠試樣穰!鋁桿上常應(yīng)變率實(shí)一∞、E￡一ral苧#靛結(jié)菜。霆3．6表強(qiáng)：對子不弼足寸豹試攆動態(tài)加載過程中應(yīng)變率和試樣厚度的祭積圖3,6整形器直檄與應(yīng)變率增長的關(guān)系；整形器巍徑相弼時，試櫸厚(不同浮度試櫸貫外，為了磅究應(yīng)變率與試繕厚發(fā)之蚓懿關(guān)系，我翻對予同一蠹徑鰓整6．54mm)，針對三種厚度的硅橡膠試樣分別做了常應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)。表3．2給出了三不同尺寸硅橡膠試樣常應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)的加載條件和結(jié)表Il試樣尺整形器尺應(yīng)變撞擊速‘轡低，兩者之間成反比的關(guān)系，這與SHPB實(shí)驗(yàn)的理論結(jié)果是一致的入射波低，兩者之間成反比的關(guān)系，這與SHPB實(shí)驗(yàn)的理論結(jié)果是一致的入射波形的理論預(yù)以上我們從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的角度，討論了常應(yīng)變率加載的實(shí)現(xiàn)?？梢钥闯?，入射計(jì)對于常應(yīng)變率加載十分重要。入射波經(jīng)過整形以后，根據(jù)入射波形的情況，通整形器設(shè)計(jì)，可以很方便地獲得常應(yīng)變率加載。但是實(shí)驗(yàn)中要得到常應(yīng)變率加載進(jìn)行實(shí)驗(yàn)嘗試。D指導(dǎo)脆性材料的SHPB實(shí)驗(yàn)。如果我們能夠建立入射波形的理論模型，根據(jù)給定數(shù)準(zhǔn)確地預(yù)估出入射波形，那么可以減少實(shí)驗(yàn)的嘗試，真正地對實(shí)驗(yàn)起到指導(dǎo)作我們通過應(yīng)力波傳播過程的理論分析，建立預(yù)估入射波形的理論模型4．1入射應(yīng)力的計(jì)3圖3．7給出了撞擊桿撞擊整形器的示意圖，圖中撞擊桿和入射桿為同一材料，聲速分別為p和c，橫截面積均為A。撞擊桿的長度為L，撞擊速度為V。。整形黃銅H62，整形器的初始橫截面積和厚度分別為a0和ho。一---Istr-incident圖3．7撞擊桿撞擊整形器示意當(dāng)撞擊桿撞擊整形囂時，整形器開始發(fā)生變形。假定整形器作不可壓縮的均為：=————』些壘蘭型墜蘭些塑塵蘭些壘二根據(jù)作用與反作用定律知：=————』些壘蘭型墜蘭些塑塵蘭些壘二根據(jù)作用與反作用定律知道，撞擊過程中整形器作用面兩邊的力應(yīng)相等，即有盯。(f)口0)=o，(r)4=盯。式中o'p(f)，仃。(f)和叮。(f)分別表示整形器、入射桿和撞擊桿中的應(yīng)力。將(3-不妨令加載時整形器材料的應(yīng)力應(yīng)變函數(shù)為：盯，=crof(e，)，cr0為整形器的材同時考慮整形器作彈性卸載，假定卸載時整形器的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)仃，=仃：一Epo：一s，)，其中仃；和s：分別是開始卸載時的應(yīng)力和應(yīng)變，E，的彈性卸載模量。那么根據(jù)(3．5)式我們就可以分別計(jì)算加載階段和卸載階段的入刪=竿，揣咖㈣盯·(f)2而ao‘[盯P+-Ep(sP+一占刪】(堿札由(3．6)及(3．7)兩式可見，要得到應(yīng)力時程曲線盯，(r)，必須首先要計(jì)算出變時間函數(shù)s。(f)當(dāng)撞擊桿撞擊整形器時，分別在撞擊桿和入射桿中產(chǎn)生一個加載波。加載中來回一次的時間z=2L／c。首先分析[0，t]時段內(nèi)的情形。設(shè)圖3．7中l(wèi)—l，2—K(f)=％一而根據(jù)第二章中的應(yīng)力波基本理論，我們知道一)：以(})：盟粕)：坐￥塑將(3．10)式代入上式，并將加載時整形器材料的應(yīng)力應(yīng)變函數(shù)關(guān)粕)：坐￥塑將(3．10)式代入上式，并將加載時整形器材料的應(yīng)力應(yīng)變函數(shù)關(guān)系代入，可以得到和歸·一K籌胚式中K：塹也．f：絲C下面來分析h，2T]時段內(nèi)的情形。當(dāng)t=t／2時，撞擊桿中左行的壓縮波到達(dá)撞自由端面，將反射一個右行的卸載波。當(dāng)t=t時，這一右行的卸載波到達(dá)撞擊桿的接觸面，將會反射一個波并透射一個波我們分別將右行的卸載波、反射波和透射波記為一o。。(t—t)，o，1(t—t)和o。1(t—根據(jù)整形器兩側(cè)受力平衡的條件，此時有盯，(，)口("=水l(，)+一(，一f)】爿=[ck(，)一t丁’，(，一f)+o-：(t—％(f)：¨(，)+¨，(卜r)：業(yè)+業(yè)^。s，(，)：v0一魚盟一旦!!!!型一生塵二塵一業(yè)一型塵；％一三[盯，(，)+一(，一r)]一—20：．(—t-而根據(jù)(3．4)缸歸·一K篇以等高一心“????··cs一般地，只要v．>v：，整形器就仍處于壓縮加載缸歸·一K篇以等高一心“????··cs一般地，只要v．>v：，整形器就仍處于壓縮加載狀態(tài)。重復(fù)上述的分析可以2x]當(dāng)K≤％時，整形器開始卸載。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況，卸載時刻一般發(fā)生在范圍內(nèi)。不妨假定整形器在h，2t]范圍內(nèi)的某一時刻t+處K=％，即開始卸載。那么在盯．(，)+口(t-r)=三生等芋墮竺=j五筆五[盯+P-Ep(占；一占將(3．21)和(3．18)兩式代入(3．16)式，便可以得到It+，2x]時段內(nèi)處于卸一K墼一塵％“---。e．(t)=1-K≤如果整形器在2t時刻還沒有完全卸載，類似上述的分析，可以得到[2z，3x]時于卸載狀態(tài)的應(yīng)變率時間函數(shù)，此時需要分段表示墮。e(t)=1-K互盟!趔一Ⅺ』墮!型+絲￡!二型協(xié)曼‰h。ge(t)=l-K[≤篙≠+≤錯M％‘1一￡P(guān)0一r)1一s口(，一cro(1一占～n手z口1，整彤希仕Lnx，ln+I九』H1砹岡處于劃藏狀念明他，艾率盯1日墮。，(r)：l‘斑!；二蘭坐；二!￡業(yè)+¨．+!；二墨!呸二叢二!!二塑11％?？趏(1一Jo(1一s。(f一(”一一1==————星塑鯊堡壘壟塑壘墅垡堡壘壘如果整形器在[2t，3t]范圍==————星塑鯊堡壘壟塑壘墅垡堡壘壘如果整形器在[2t，3t]范圍內(nèi)某一時刻t+處開始卸載，相應(yīng)地可以得到It’，3T]時段占p(t)=l-K≤甕鏟咽等高+等高卜如果整形器在31時刻還沒有完全卸載，整形器在～般Int，(n+1)t]時段內(nèi)處于卸分別根據(jù)上述加載和卸載段內(nèi)的應(yīng)變率時間函數(shù)，將等式左邊化為差分形式，通求解出相應(yīng)時段內(nèi)整形器中的應(yīng)變時間函數(shù)占。(f)。然后通過運(yùn)用(3．6)及(3．7)兩式以得到整個入射應(yīng)力的時程曲線正(f)。上述應(yīng)變計(jì)算模型中需要知道整形器材料的及一些具體的參數(shù)值，所以在計(jì)算應(yīng)變之前，我們需要確定出整形器材料的模型和3．4．3整形器材料模型及參數(shù)的確況可以得到黃銅H62的彈性卸載模量E。為102GPa啪¨妨^日m：}s∞一日L：一螺∞占∞o)暑瑚譏*刪圖3．8黃銅的動態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲酬圖3．9黃銅整形器的實(shí)驗(yàn)擬合然后，我們?nèi)〔煌穸鹊恼纹?，以不同的速度撞擊，得到不同的入射波形。?shí)別測量出每一個整形器的變形，算出相應(yīng)的工程應(yīng)變占。。另外通過測量出入射波==』型垡蘭鱉壘蘭墨圣型塹皇壘壘根據(jù)上述推導(dǎo)的理論預(yù)估模型，針對我們使用的這種黃銅H62整形器程序見附錄2]。圖3．10給出了兩組計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，實(shí)線是計(jì)算的是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中壓桿和撞擊桿均為40Ct鋼桿，壓桿的直徑為20ram，為150mm。左圖中黃銅整形器的直徑為4．5mm，撞擊速度為7．3m／s；右圖中黃==』型垡蘭鱉壘蘭墨圣型塹皇壘壘根據(jù)上述推導(dǎo)的理論預(yù)估模型，針對我們使用的這種黃銅H62整形器程序見附錄2]。圖3．10給出了兩組計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，實(shí)線是計(jì)算的是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中壓桿和撞擊桿均為40Ct鋼桿，壓桿的直徑為20ram，為150mm。左圖中黃銅整形器的直徑為4．5mm，撞擊速度為7．3m／s；右圖中黃的直徑為6．5mm，撞擊速度為10．5m／s1r蘿。二∞】卜experim∞iction，帥j{{}舯：I時∞1j芒∞囂uI]』—，—，——．—0鋤。j—l—，———，—(e山：_囂量百萑粵口c一、日圖3，10黃銅H62整形器整形后入射波形計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比從圖3．10中可以看出，對于同一材料的整形器，直徑越大，整形后入射波處的值越大；撞擊速度越大，入射波形的峰值也越大。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表3．3黃銅H62整形器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)估值的比最大入最終直徑最終厚度整形器撞擊速初始直初始厚，硅橡膠是一種二有機(jī)基硅氧烷的直鏈狀高分子聚合物，硅橡膠是一種二有機(jī)基硅氧烷的直鏈狀高分子聚合物，由于其具有較高的分子以具有很好的彈性性能。它的分子主鏈由硅原子和氧原子交替組成(一Si一0一鍵的鍵能高達(dá)370KJ／mol，比一般橡膠的碳一碳結(jié)合鍵能(240KJm01)要大的多橡膠具有良好的高熱穩(wěn)定性。另外硅橡膠的分子鏈比較柔順，鏈間距大，還具寒性，能夠在一100～300℃很寬的溫度范圍內(nèi)使用。由于在側(cè)鏈上引入了極少代基團(tuán)，這種低不飽和性的分子結(jié)構(gòu)使得硅橡膠具有優(yōu)良的電絕緣性能和良好臭氧性能，對紫外線和臭氧的作用十分穩(wěn)定膠為主要原材料，添加了增強(qiáng)填料、阻尼填料、硫化劑等制成的。具有優(yōu)異的耐熱耐候以及電絕緣和阻尼等性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于墊圈、密封件、高溫電線、電纜料種車輛、光電儀器儀表的減震器和緩沖器等為了充分認(rèn)識這種硅橡膠材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能，在室溫下，我種硅橡膠材料進(jìn)行了應(yīng)變率為102～io?S的沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是在我們實(shí)HPB實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的。SHPB實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用了入射波整形技術(shù)，使得試樣在加保持應(yīng)力平衡和實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載。另外，還應(yīng)用了石英測試技術(shù)來直觀地監(jiān)測入射波整形技術(shù)的應(yīng)2．1試樣尺寸對應(yīng)力平衡的影4LD．Bertholf等[35]的二維數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，可以忽略慣性效應(yīng)的試樣最(長度和贏徑之比)為√3／4。林玉亮等[36]針對軟材料試樣尺寸設(shè)計(jì)的數(shù)值計(jì)首先我們不加整形器，分別對三種厚度的試樣進(jìn)行加載，圖4．1給出了沒有加時試樣兩端首先我們不加整形器，分別對三種厚度的試樣進(jìn)行加載，圖4．1給出了沒有加時試樣兩端的應(yīng)力平衡情況。(a)，(b)，(C)分別對應(yīng)了6mm，4mm和2mm厚度試樣的加載速度均為10．6m／s。很明顯，不加整形器進(jìn)行直接加載時，試樣兩端的應(yīng)力處的不平衡狀態(tài)。并且試樣越厚，應(yīng)力的平衡越差 圖未加整形器時三種厚度試樣兩端的受力時程曲4．2．2整形以后應(yīng)力平衡的情從圖4．1中可以看出，即使對于最薄的2mm試樣，加載過程中試樣兩端的應(yīng)且通過前面的實(shí)驗(yàn)表明，對于硅橡膠這類軟材料，只加單個的整形器，應(yīng)力平不理想。所以，實(shí)驗(yàn)時采用了組合型的整形器，我們在較大尺寸的黃銅整形器個很小的黃銅整形器，尺寸為中2．5唧×1．5m左右。對于4咖和6咖厚度的試小黃銅整形器的前端，還加了一個由硅橡膠制成的更小的接形器，使得加載波緩沖V～一、～f；、_?“7j～、、、、、：l_2j二—2J，”7．5mm，撞擊速度為8．3m／s；對于2mm厚度試樣，所加的主整形器直徑為7．5mm，撞擊速度為8．3m／s；對于2mm厚度試樣，所加的主整形器直徑為i0．5mm，撞擊度為17．Im／s。從圖中可以看出，對于6mm厚度的試樣，即使加了組合型的整形器，試兩端的應(yīng)力也處于不平衡狀態(tài)。對于4mm厚度的試樣，加了組合型整形器以后，試樣兩的應(yīng)力基本上處于平衡狀態(tài)：而對于2mm厚度試樣，加了組合型整形器以后，兩端面的力基本上完全相同?？梢?，對于硅橡膠這類軟材料，按照傳統(tǒng)的試樣尺寸設(shè)計(jì)原則，已不能保證試樣在加載過程中處于應(yīng)力平衡和變形均勻的狀態(tài)§4．3石英測試技術(shù)的應(yīng)41試樣兩端應(yīng)力平衡的我們知道，試樣中保持應(yīng)力平衡和變形均勻是SHPB實(shí)驗(yàn)方法的前提。試樣中否均衡，可以通過比較分離后的透射波形與入射波形和反射波形的差來判斷。但對于軟料來說，由于入射波形和反射波形的幅值基本相當(dāng)，所以這一方法誤差很大。因此，為更加直觀地了解試樣中應(yīng)力的平衡狀況，我們采用了在壓桿中嵌入石英壓電晶體來監(jiān)測樣兩端的應(yīng)力平衡情況[38]圖嵌入石英晶體監(jiān)測試樣兩端應(yīng)力平衡的SHPB裝置簡在原來的實(shí)驗(yàn)裝置上，在試樣兩端的輸入桿和輸出桿端面，用導(dǎo)電膠分別粘貼一X-切石英晶體。石英晶體的直徑與壓桿的直徑相同，厚度為0．01英寸。為了防止試樣橫向變形損壞石英片，在每一塊石英片的外端面分別用導(dǎo)電膠粘貼～個很薄的LYl2鋁片第28一型塹壁壘奎壘塑璧蘭壘型塑鎏二鋁片的直徑與壓桿的直徑相同。在鋁片和石英一型塹壁壘奎壘塑璧蘭壘型塑鎏二鋁片的直徑與壓桿的直徑相同。在鋁片和石英片附近的壓桿上分別用導(dǎo)電膠纏上導(dǎo)線，后將導(dǎo)線連接到電荷放大器的電荷輸入端，再將經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)換和放大的信號輸入到字示波器。實(shí)驗(yàn)裝置簡圖如圖4．3所示。實(shí)驗(yàn)中，通過導(dǎo)線將測得的信號輸入到電荷放器，電荷放大器將輸入的電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并且進(jìn)行放大。然后將電壓信號輸?shù)綌?shù)字示波器，最終由示波器記錄下石英片受壓的時程曲線。由于石英片所受外力與石晶體表面產(chǎn)生的極化電荷成正比[39]，具體為七k是石英晶體的壓電系數(shù)。在電荷放大器中將石英晶體的壓電系數(shù)歸一后，可以得石英片所受外力與示波器記錄的電壓值之間的關(guān)系f(my|h上式中v為示波器記錄的電壓值，f(my／N)為電荷放大器的放大倍數(shù)。根據(jù)(4．2)我們便可以計(jì)算出被測試樣前后兩端面的受力圖4．1和圖4．2是根據(jù)示波器記錄的信號并按照(4．2)式計(jì)算得到的試樣兩端面的力時程曲線。從圖中我們可以很直觀地判斷試樣中應(yīng)力的平衡情況。如果試樣兩端面的力是一致的，即試樣兩端面的受力達(dá)到了平衡，則可以認(rèn)為試樣中的應(yīng)力分布是均勻的我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是合理有效的2微弱透射信號的測利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)對一些低阻抗材料進(jìn)行測試時，透射信號非常小通常其幅度只有入射信號的幾十分之一甚至幾百分之一。這時外界的干擾信號就足以與射信號相比，甚至可以完全淹沒透射信號，這樣直接計(jì)算出來的結(jié)果誤差很大為了解決這方面的問題，國內(nèi)外學(xué)者做了～些有益的探索。主要從降低輸出桿的EAZhao值來考慮(其中E是輸出桿的彈性模量，A。是輸出桿的橫截面積)如等采用E值較低的粘彈性桿來獲得較大的輸出信號：Chenw等采用空心鋁桿以降低A。來到同樣的目的。對于粘彈性桿來說，桿材料本身性能的不穩(wěn)定性是其致命的弱點(diǎn)，非線性的材料性質(zhì)也給數(shù)據(jù)處理帶來了相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。同時，僅從降低EA。值來考慮，信號增益在一個量級以內(nèi)，對于特別軟的材料，如硅橡膠，這個增益仍是不夠的。w在2000年提出了嵌入石英壓電晶體技術(shù)[40]，用于軟材料的SttPB實(shí)驗(yàn)中，信號幅值可增加3個量級，大大提高了應(yīng)力信號的信噪比硅橡膠是一種低阻抗材料，對于4mm厚度的試樣，由于透射信號非常小，外界的干第29績號與透射信號擺當(dāng)，應(yīng)用傳統(tǒng)豹建績號與透射信號擺當(dāng)，應(yīng)用傳統(tǒng)豹建變片測試技術(shù)綴灘準(zhǔn)確地測量黥透射鑄號。為此，文采用石英測試技術(shù)代替應(yīng)變片測試透射信號。用兩根鋁桿取代原來的輸出桿，用導(dǎo)電褥一x一囊磊莢磊落薄片糖薅在囂投鍵籽之閣，強(qiáng)渴麓石蝤爨瓣，盡爨減少蠲燙繇壤對石壓電性能的影響。石英片的厚度為0．01英寸，直徑與壓桿的直徑相同。由于石英晶體LYl2鋁酶波隧抗基零稽藏，耩竣在輸出稈之藺嵌入石英晶體并不影桶波靜～維傳播。在英片附近的雁桿上分別用導(dǎo)電膠纏上導(dǎo)線，然后將搏線連接到電荷放大器的電荷輸入端再將經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)換和放大的電疆信號輸入到數(shù)字示波器。實(shí)驗(yàn)裝蹩筒圖如圖4．4所示圖4．4嵌入石英晶體測試透射信號的SHPB裝置簡輸入桿表面上的應(yīng)變片用來記澩入射信號￡．和反射信母￡。輸如桿之間的石英片用記錄透袈痿弩at。巍試櫸楚予應(yīng)力平衡狀態(tài)辯，試群中靜疲力6與透袈信弩#。之瓣毒下關(guān)系A(chǔ)式中A和A，分剮為輸酷稈和試樣的橫截面積。由礦將(4．4)式代入(4．3)式中，便可以計(jì)算出試樣中的應(yīng)力將(4．4)式代入(4．3)式中，便可以計(jì)算出試樣中的應(yīng)力．．．．．?-．·-······-·u圖4．5給出了4mm硅橡膠試樣測試得到的原始記錄。Chl記錄的是由應(yīng)變片測量入射和反射信號，Ch2記錄的是由應(yīng)變片測量的透射信號，Ch4記錄的是由石量的透射信號。從圖中可以清楚地看到，利用嵌入壓電石英晶體可以得到大于2伏的信而用應(yīng)變片測得的透射信號只有2毫伏左右，信號幅值上放大了3個量級，從了應(yīng)力信號的信噪比。這說明利用嵌入石英壓電晶體技術(shù)完全可以測試這種硅橡膠材料4mm硅橡膠試樣測試得到的原始記§4．4實(shí)驗(yàn)測試及結(jié)果分4．4．1實(shí)驗(yàn)所測試的這種硅橡膠材料是由中國兵器工業(yè)集團(tuán)53所提供的代號為wsxJ一208性硅橡膠，密度為1180kg／m：’。沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)是在我們自己的SHPB裝置上完成的，壓桿材料為LYl2鋁，壓桿的直徑為20mm，輸入桿和輸出桿的長度分別為2000mm和1000mm輸入桿和輸出桿上應(yīng)變片距試樣兩端面的距離分別為1210mm和520mm。撞擊桿的長度300mm試樣的直徑均為14mm，試樣的厚度分別為2唧和4mm。對于2rfm口厚度的試樣，由于射信號有5mv以上，直接采用傳統(tǒng)的應(yīng)變片測試技術(shù)測量透射信號：而對于4mm厚射信號有5mv以上，直接采用傳統(tǒng)的應(yīng)變片測試技術(shù)測量透射信號：而對于4mm厚度的樣，當(dāng)進(jìn)行低應(yīng)變率加載時透射信號非常小，只有2mv左右，所以我們采用石英測試技來測量微弱的透射信號為了減少端面摩擦的影響，我們在試樣的兩個端面均勻地涂上少量的二硫化鋁潤劑，然后將試樣夾在輸入桿和輸出桿之間。為了保證實(shí)驗(yàn)過程中試樣中的應(yīng)力平衡和變均勻，我們在輸入桿被撞擊面的中央用真空脂粘貼一組合型整形器。按照前面提出的常變率加載思想，通過調(diào)整子彈的速度和整形器的尺寸，得到了不同應(yīng)變率下試樣的應(yīng)力變曲線圖4．6中(a)和(b)分別給出了2mm和4mm厚度試樣常應(yīng)變率加載的典型原始波形。中實(shí)線為輸入桿上應(yīng)變片測得的入射波￡t和反射波￡。(a)中虛線是輸出桿上應(yīng)變片測得透射波￡。(b)中虛線是輸出桿上石英片測得的透射波o。。圖中平的反射波形意味著實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了常應(yīng)變率加載。圖4．6中(a)和(b)所對應(yīng)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變率分別為1800s。1和700s一一^)芎一，ij△om口m口量巴ls芑¨圖2mm(a)和4mm(b)厚度試樣常應(yīng)變率加載的典型原始波2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分對于2mm厚度的試樣，分別得到了四種應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)的可靠性和準(zhǔn)確性，同樣，對于4mm厚度的試樣，也得到了四種應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖4．7中(a)和(b)分別給出了2mm和4mm厚度試樣四種不同應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。中的標(biāo)注符號代表原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖中的曲線是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到的果。對于硅橡膠這種高聚物材料，由于它的應(yīng)力應(yīng)變曲線的起始部分不是直線，所以我采用其應(yīng)力應(yīng)變曲線起始部分上應(yīng)變?yōu)?．2那點(diǎn)到原點(diǎn)連線的斜率來表示楊氏模量，稱為割線模量。高聚物本質(zhì)上是韌性材料，而韌性材料的使用極限一般不是它的極限強(qiáng)度而正是它的屈服應(yīng)力[29]。對于這種硅橡膠材料，由于其應(yīng)力應(yīng)變曲線上沒有明顯的屈第32：—墾些堅(jiān)鎏窒圣耋些墊堂塑竺塵耋點(diǎn)，只看到曲線上有較大的彎曲部分。與材料力學(xué)中一般屈服點(diǎn)的定義不同，我們定義真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線出現(xiàn)極大：—墾些堅(jiān)鎏窒圣耋些墊堂塑竺塵耋點(diǎn)，只看到曲線上有較大的彎曲部分。與材料力學(xué)中一般屈服點(diǎn)的定義不同，我們定義真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線出現(xiàn)極大的位置為內(nèi)在屈服點(diǎn)。而屈服點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變則分定義為屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變。圖4．7表明，這種硅橡膠材料具有明顯的應(yīng)變率敏感性一mL：一∞n暑-苜已=)s∞aq∞o己_51～一圖4．72mm(a)和4mm(b)厚度試樣不同應(yīng)變率時的應(yīng)力應(yīng)變曲為了清楚地表示上述定義的主要力學(xué)參量隨應(yīng)變率變化的情況，我們將根據(jù)圖4．7應(yīng)力應(yīng)變曲線得到的結(jié)果用表格來表示。表4．1和表4．2分別列出了2mm和4mm厚度試其屈服應(yīng)力、屈服應(yīng)變以及割線模量隨應(yīng)變率的變化情況表4．12mm厚度試樣主要力學(xué)參量隨應(yīng)變率變化的情應(yīng)變屈服應(yīng)屈服應(yīng)割線模表4tam厚度試樣主要力學(xué)參量隨應(yīng)變率變化的情屈服應(yīng)應(yīng)變屈服應(yīng)割線模：——S-I增加對應(yīng)變率非常敏感。：——S-I增加對應(yīng)變率非常敏感。2mm厚度樣，當(dāng) 變率從1s。增加到4800s1時從3．4MPa增加到25．7MPa；對于4mm厚度試樣，當(dāng)應(yīng)變率從服應(yīng)力從1．9MPa增加到12．4MPa。相應(yīng)地，這種硅橡膠材料的屈服應(yīng)變也隨應(yīng)變率的增而增大。對于2mm厚度試樣，當(dāng)應(yīng)變率為7700s。時，其屈服應(yīng)變高達(dá)179％，而一般金材料的屈服應(yīng)變不到1％。這說明硅橡膠材料與一般的金屬材料相比，具有很好的韌性硅橡膠材料是一種典型的高聚物，高聚物力學(xué)性能的最大特點(diǎn)是它的高彈性和粘彈性。聚物是由大量小分子單體以化學(xué)鍵的方法結(jié)合而成的大分子化合物，分子量極大，可104～107數(shù)量級。極大的分子量加上高聚物主鏈的碳一碳單鍵(碳一氧單鍵，硅一氧單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得高分子鏈具有很好的柔性。高分子鏈的柔性在力學(xué)性能上的反映，就是聚物獨(dú)有的高彈性。同樣，由于高分子鏈的柔性，同一個高分子鏈也會表現(xiàn)出大小不同運(yùn)動單元，使得高聚物表現(xiàn)出明顯的粘彈性。由于高聚物的粘彈性本質(zhì)，分子鏈的運(yùn)動有強(qiáng)烈的外力作用時間依賴性，所以高聚物材料的屈服應(yīng)力有很大的應(yīng)變率依賴性，屈應(yīng)力隨應(yīng)變率的增大而增大。另外．這種硅橡膠材料的割線模量隨著應(yīng)變率的增加而提高但數(shù)值卻很小。當(dāng)應(yīng)變率為7700s。時，割線模量的值也只有28MPa。由于這種硅橡膠材實(shí)驗(yàn)回收的試樣來看，實(shí)驗(yàn)后所有試樣都有微小的體積收縮。這個微小的體積收縮應(yīng)該生在屈服過程中，因?yàn)榍蟮乃苄粤鲃芋w積不變的為了確信實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)地反映了材料性質(zhì)我們進(jìn)一步考察了試樣厚度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響圖4．8給出了2mm和4mm厚度試樣應(yīng)變率3600s。1和3500s1時的應(yīng)力應(yīng)變曲線。圖中虛一m亂善器嘗#是2mm厚度試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線，實(shí)線是4mm度試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線，兩者之間基本上是一的。這表明在我們的實(shí)驗(yàn)中，試樣的厚度對硅圖2mm4mm厚度試樣3600s1和3500s?時的應(yīng)力應(yīng)變曲線比膠材料的性質(zhì)確實(shí)沒有影響，我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映的材料性質(zhì)是準(zhǔn)確、可靠的第五其具有高強(qiáng)度、耐磨、自潤滑等優(yōu)良的性能，第五其具有高強(qiáng)度、耐磨、自潤滑等優(yōu)良的性能，歷年來居五大工程塑料之首。PA66是類工程塑料的主要品種之一，它具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱性能，有很高的耐沖較高溫度下也能保持較大的強(qiáng)度和剛度；而且耐磨性和自潤滑性優(yōu)異，低溫性自熄，耐化學(xué)藥品和耐油性突出。PA66是聚酰胺材料中具有最佳協(xié)調(diào)性能的塑泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強(qiáng)度要求的產(chǎn)品中造不需潤滑的齒輪、軸承、軸座等機(jī)械部件工程塑料研究的熱點(diǎn)，目前已經(jīng)取得了較大的成就。其中采用層狀硅酸鹽(MMT)插層PA66可以獲得納米插層復(fù)合材料[41，42](或稱納米塑料)。層狀土的主要成分為含蒙脫土的層狀硅酸鹽，其基本結(jié)構(gòu)單元是由1片硅氧四面氧八面體之間靠共用氧原子而形成的層狀結(jié)構(gòu)。每個結(jié)構(gòu)單元的尺度為厚約約lOOnm的片層，層間有可交換性陽離子，如Na+、Ca”、M92+等。有機(jī)陽離子可與它們進(jìn)行陽離子交換進(jìn)入粘土層間，使層間距擴(kuò)大。在適當(dāng)條件下，熔融使層間距進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至剝離成單層，使粘土以幾納米～幾十納米厚的片層聚合物基體中。另外，PA66添加鈦酸鉀晶須K：O·6TiOz可以獲得一種具有更高機(jī)復(fù)合材料。所用鈦酸鉀晶須為白色針狀單晶纖維，長度m，結(jié)晶完善，具有性能和物理性能。其拉伸強(qiáng)度為7GPa，拉伸彈性模量為280GPa，莫氏硬度為及很好的電氣絕緣性和耐熱、隔熱性能本文對三種樹脂基尼龍復(fù)合材料進(jìn)行了高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能研究時的力學(xué)性能特征Base 7 Bending時的力學(xué)性能特征Base 7 Bending實(shí)驗(yàn)測實(shí)驗(yàn)采用本實(shí)驗(yàn)室研制的分離式Hopkinson壓桿(SHPB)來實(shí)現(xiàn)高應(yīng)變率的實(shí)驗(yàn)中所有的壓桿均為40Cr鋼桿，直徑為20am，壓桿材料的密度為為21IGPa。輸入桿長2000mm，輸出桿長1000mm，撞擊桿長150mm。制的KD205一IA超動態(tài)應(yīng)變儀。Lecroy9370高采樣率(1Gs／s)1GHz帶寬數(shù)字存用于采集實(shí)驗(yàn)信號，裝置簡圖如圖2．5所示實(shí)驗(yàn)中所用的材料試樣均加工成直徑為13．7mm，厚度為6mm的薄圓柱形。被在輸入桿和輸出桿之間，為了減小端面摩擦的影響，在試樣的端面涂上二硫化鉬了獲得一定應(yīng)變率下的加載條件，實(shí)驗(yàn)中采用了入射波整形技術(shù)，目的在于獲得率加載。傳統(tǒng)SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)中由子彈直接撞擊加載，所得的入射波形為方波。我們反射波形反映了應(yīng)變率的狀態(tài)，平的反射波形意味著常應(yīng)變率條件，對應(yīng)的應(yīng)變呈線性變化。由于受實(shí)驗(yàn)材料響應(yīng)的制約，反射波波形是被動變化的。如果入射波不同的材料響應(yīng)會使透射波呈不同的形狀，難以保證反射波有理想的平臺，從而很試樣中的常應(yīng)交率狀態(tài)。因此，我們在輸入桿被撞擊面的中央用真空脂粘貼一黃銅時程曲線，從圖中可以看出，應(yīng)變在大部分變形過程中隨時間基本呈線性變化中達(dá)到了常應(yīng)變率狀態(tài)，直線的斜率對應(yīng)了時程曲線，從圖中可以看出，應(yīng)變在大部分變形過程中隨時間基本呈線性變化中達(dá)到了常應(yīng)變率狀態(tài)，直線的斜率對應(yīng)了常應(yīng)變率的值一一。nA1l^善4謄．／~fo／辛?xí)?0哪_o∞∞m∞07-0哪m口精-0∞“?！蕖轤o眥應(yīng)變率效應(yīng)分為了研究材料的應(yīng)變率效應(yīng)，我們分別選用了直徑為6．5rm，10．5mm和14．5mm整形器。通過調(diào)整子彈的速度，對每一種尼龍復(fù)合材料都得到了三種不同應(yīng)變率應(yīng)變曲線5．3．1材料G0的動態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲一一圖5．3是尼龍PA66材料試樣在應(yīng)變率一n為400，1000和1500s1時的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)■4毒罷擬合曲線。圖5．3表明，在400s一1的應(yīng)變況下，PA66材料(代號GO)呈現(xiàn)出典型的一淼。．．V，．一一一————墾墼些壘壘垡絲壘塑絲篁I垡也相應(yīng)地增大，材料表現(xiàn)為應(yīng)變硬化的響應(yīng)性質(zhì)。在1500s‘的應(yīng)變率情況下————墾墼些壘壘垡絲壘塑絲篁I垡也相應(yīng)地增大，材料表現(xiàn)為應(yīng)變硬化的響應(yīng)性質(zhì)。在1500s‘的應(yīng)變率情況下，在類服特征的拐點(diǎn)(區(qū))之后，應(yīng)變增加，應(yīng)力卻基本上保持不變。屈服點(diǎn)以前材料完全可以恢復(fù)的，屈服點(diǎn)以后材料將在恒定的應(yīng)力下發(fā)生“塑性流動”。應(yīng)力應(yīng)現(xiàn)出類似于理想塑性的本構(gòu)響應(yīng)特征。我們定義拐點(diǎn)處的應(yīng)力值為材料的屈服曲線表明屈服強(qiáng)度值隨應(yīng)變率的增加而增加：對于400s。1和1000s。1時的0MPa：而當(dāng)應(yīng)變率增加到1500s。1時，屈服強(qiáng)度相應(yīng)地增加到約130MPa。另外變曲線的走勢可以看出材料剛度隨著應(yīng)變率的增加，變化也是明顯的。由于實(shí)02那點(diǎn)到原點(diǎn)連線的斜率來表示楊氏模量，稱之為割線模量。在S。的應(yīng)料的割線模量比而兩種較低應(yīng)變率情況下材料的割化不明顯5．3．2材料M1的動態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲圖5．4是材料Ml試樣在應(yīng)變率分別0，1000和1800s～l料m的應(yīng)力應(yīng)變曲線也表現(xiàn)出了一定的率相關(guān)性。相對于應(yīng)變率為400s1的情況，種較高應(yīng)變率情況的應(yīng)變率效應(yīng)在材料割一曲線表明，應(yīng)變率在400smn甩嚏甩 105MPa。隨著應(yīng)變率的提高，強(qiáng)度值增120MPa以上。在s1時，材料的割圖5．4材料Ml的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)量比s‘1時的高出25％。兩種高應(yīng)變況的比較表明，應(yīng)變率效應(yīng)在屈服強(qiáng)度和割線模量上的影響不明顯，但應(yīng)力應(yīng)變出不同的形態(tài)特征。在1000s100s—星堡壘塑型鎏蘭些型壟蘭竺鱉三—一倍多，這與一般金屬材料的應(yīng)變率效應(yīng)¨、0磊變化很小。三種—星堡壘塑型鎏蘭些型壟蘭竺鱉三—一倍多，這與一般金屬材料的應(yīng)變率效應(yīng)¨、0磊變化很小。三種應(yīng)變率情況下，屈服強(qiáng)度約125MPa。材料M2有類似的性態(tài)，但量值上差別較大，強(qiáng)萋一酸鉀晶須K。0·6Ti02填料的尼龍復(fù)合材A圖5．5材料M2的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)能和物理性能動態(tài)壓縮力學(xué)性能的比圖5．6-5．8給出y--種材料試樣在應(yīng)變率分別約為400，1000和1500s。時應(yīng)力的比較。三種尼龍或尼龍復(fù)合材料都表現(xiàn)出了較高的屈服強(qiáng)度和割線模量，屈于105MPa，最低割線模量的參考值約2．O～2．5GPa～一j、。一、日正t‘，搴∞咎s簍一一一『 圖5．6三種材料400s1時的應(yīng)力應(yīng)變曲圖5．7三種材料1000s1時的應(yīng)力應(yīng)從圖中可以看出，材料M2的應(yīng)力應(yīng)變曲線與其他兩種材料有類似的性態(tài)，但——』絲壘型壘墜耋絲壘塑絲皇絲墜另外，從圖5．6～5．8中還可以看出：——』絲壘型壘墜耋絲壘塑絲皇絲墜另外，從圖5．6～5．8中還可以看出：呈現(xiàn)出相同的性態(tài)。在400s。1的應(yīng)下，材料呈現(xiàn)出典型的聚合物粘彈性本征，表現(xiàn)為變形滯后的響應(yīng)性質(zhì)。在1000s。圖5．8三種材料1500s1時的應(yīng)力應(yīng)似于屈服特征的拐點(diǎn)之后，應(yīng)力應(yīng)變曲現(xiàn)出類似于理想塑性的本構(gòu)響應(yīng)特征結(jié)利用SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得了三種尼龍復(fù)合材料高應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變驗(yàn)結(jié)果表明，三種尼龍和尼龍復(fù)合材料都表現(xiàn)出較高的動態(tài)屈服強(qiáng)度和割線模度均大于105MPa，最低割線模量的參考值約2．0～2．5GPa在相同的應(yīng)變率下，相對于純尼龍材料Go，加有鈦酸鉀晶須填料的尼龍復(fù)料性能提高顯著，尤其是割線模量增加顯著，割線模量增加約20‰-．1加，最大增幅超過20n／o。但添加了蒙脫土插層的Ml材料的動態(tài)性能相對于純在所測試的應(yīng)變率范圍內(nèi)，三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線都表現(xiàn)出一定的應(yīng)變率相應(yīng)變率相關(guān)的趨勢一致。應(yīng)變率效應(yīng)更多體現(xiàn)在材料變形剛度的加強(qiáng)上，割線20％--1．0倍。對屈服強(qiáng)度的影響相對小一些，屈服強(qiáng)度值的最大增幅約20％三種應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變啦線反映了三種不同的本構(gòu)響應(yīng)特征。在400s‘1的下，三種材料均呈現(xiàn)出典型的聚合物粘彈性本構(gòu)特征，表現(xiàn)了變形滯后以及應(yīng)應(yīng)性質(zhì)。在1000s11應(yīng)變率范圍內(nèi)動態(tài)力學(xué)性能的最基SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為研究1應(yīng)變率范圍內(nèi)動態(tài)力學(xué)性能的最基SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為研究孝才料在10乙段，蠲前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先簡單介紹了這一襄驗(yàn)技術(shù)國內(nèi)外的研發(fā)展動島，并從分?jǐn)€攆性抒中一維戲力波的傳援囂始，闡述了SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)靛基針對率實(shí)驗(yàn)室新建的SHPB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，改進(jìn)和完善了實(shí)驗(yàn)測量及數(shù)據(jù)處理的相關(guān)環(huán)鉗對傳繞憝SHPB難以達(dá)到平衡，以及黻以實(shí)現(xiàn)常應(yīng)變率加載等問題，我們通道實(shí)驗(yàn)研究了入射靜援臻，滋及躲籍實(shí)袋常應(yīng)交率麓載。逶過波的傳搔疆論分轎雍導(dǎo)了采霜整形入射波形的理論預(yù)估模型，并給出了黃銅H62熬形器的計(jì)算緞果，計(jì)黧結(jié)果與實(shí)實(shí)驗(yàn)測試了～種堿橡膠材料高應(yīng)變率動態(tài)壓縮下馳力學(xué)性斃。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)耀了號，將信號的幅值提簡三個量級。實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)用石英晶體直觀地監(jiān)測了試樣兩端簿。}毒凝。實(shí)驗(yàn)綾暴表嘲，這耱醚橡茨李辛瓣其簿弱顯的疲交奉敏感洼整生產(chǎn)中有著廣泛的斑靂。我們應(yīng)孺SHPB率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能。對比靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行了應(yīng)變宰效應(yīng)分孝斥，并對這三祧尼料在耐～應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮力學(xué)性能進(jìn)行了比較。三種材料都表現(xiàn)出一定的的本構(gòu)響應(yīng)特征為了挺寬SHPB實(shí)驗(yàn)技零懿應(yīng)用蓮飄，還蒜要靖SHPB裝鬟本身戳及穗疫鶼實(shí)以改進(jìn)和完善。如用大直徑的SHPB篷分耩，送行彌鼗摻歪。在瓣試較麓糕時，為了減奪餒往效瘦的影喻，還需要一——皇皇些型垡奎蘭些塑壟蘭堡堡壘致本文是在導(dǎo)師盧一——皇皇些型垡奎蘭些塑壟蘭堡堡壘致本文是在導(dǎo)師盧芳云教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師淵博的學(xué)識、舍的工作作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、以及誨人不倦的師者風(fēng)范，不僅使我在學(xué)業(yè)匪淺，而且為我今后的工作和學(xué)習(xí)樹立了榜樣。在這一年多的學(xué)習(xí)過程中，老師不作中給予我耐心的指導(dǎo)，使我的工作能力得到了很大的提高。更重要的是，老師教從事科學(xué)研究的正確態(tài)度和方法。在學(xué)習(xí)期間，階段性學(xué)術(shù)論文的修改驗(yàn)證、發(fā)本文的定稿都凝聚了老師的大量心血。正是老師的諄諄教誨、悉心指導(dǎo)和無私得我順利地完成了這篇碩士論文，在此首先謹(jǐn)向我的導(dǎo)師表示最衷心的感謝感謝205教研室這個溫暖和諧的集體，濃郁的學(xué)習(xí)氣氛和融洽的人際關(guān)系進(jìn)步和能力的培養(yǎng)提供了良好的外界環(huán)境。在兩年多的學(xué)習(xí)過程中，我還得到授、湯文輝教授、曾新吾教授、趙國民副教授、張振宇副教授以及龔昌超老師師他們熱情的關(guān)心和大力幫助，在此表示真摯的謝意l在學(xué)習(xí)過程中，與蔣邦海林玉亮、崔偉峰、冉憲文、張舵、王瑞峰、皮愛國以及田占東等同學(xué)的愉快合令人難忘，在這里一并表示感謝感謝沖擊波物理與爆轟物理國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供了良好的實(shí)驗(yàn)條件!實(shí)驗(yàn)期點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的老師和同學(xué)們合作得十分愉快。特別感謝王悟老師和李英華等在工作給予我熱情周到的幫助感謝養(yǎng)育了我二十多年的父母，他們對我的學(xué)習(xí)和生活關(guān)懷備至，給我全力支持。同時，本文的完成與我的妻子唐琴女士的理解和支持是分不開的。她在上給了我極大的鼓勵和幫助，使我能夠全身心地投入到論文的研究工作中，愿完成能使她們感到欣慰感謝國家自然科學(xué)基金和沖擊波物理與爆轟物理國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對本文工作感謝所有幫助和鼓勵過我的人參考文WofMSratel(4)：273—loading[J]．Proe．Phys．Soc．，1949，B62：676—Sbar[J]．Mech．Phys．Solids，1963，11：155—splitHopkinsonLtwo-dimensionalelastic[5]周風(fēng)華，王禮立，胡時勝．高聚物SHPB試驗(yàn)中試件早期應(yīng)力不均勻性的影響[J力學(xué)[6]參考文WofMSratel(4)：273—loading[J]．Proe．Phys．Soc．，1949，B62：676—Sbar[J]．Mech．Phys．Solids，1963，11：155—splitHopkinsonLtwo-dimensionalelastic[5]周風(fēng)華，王禮立，胡時勝．高聚物SHPB試驗(yàn)中試件早期應(yīng)力不均勻性的影響[J力學(xué)[6]劉劍飛，王正道，胡時勝．低阻抗多孔介質(zhì)材料的SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)【J]．學(xué)，1998，13(2)：218-[7]宋博，宋力，胡時勝．SHPB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的解耦方法【J]．deformationSatLD[J】．Phys．E：Sci．Instrum．，1982，15：280-[1Z．GeneralizationL，Labibessplit5：669-[11】JR．OntheuseH，Garyasplitbar[J]．Int．J．ImpactEng．，1997，19：319-M[12】splitialuminumlength【J】Mechanics，1969，36：533-JL．Atwo—dimensionalnumericalelasticvMechanics，1971，38：62—oftwo-dimensional[18】splitJL[19】DinA．Dispersionsplit[20】DXmethodPhysique．IV，1997，7(3)：223—【21]thenW，LuDM【Dtoaluminumlength【J】Mechanics，1969，36：533-JL．Atwo—dimensionalnumericalelasticvMechanics，1971，38：62—oftwo-dimensional[18】splitJL[19】DinA．Dispersionsplit[20】DXmethodPhysique．IV，1997，7(3)：223—【21]thenW，LuDM【Dtomaterials[J1．Exp．Mech．，2002，42(1)：40-CofJS[24】胡時勝，劉劍飛．硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料本構(gòu)關(guān)系的研究【J】攝，1998，30(2)：151-[251劉劍飛，胡時勝，胡元育等．花崗巖的動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)和力學(xué)性能研究【J】．糟程學(xué)報，2000，19(5)：618。[26】胡時勝，王邋榮．沖擊載荷下混凝土材料的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系[J1．爆[27】夏開文，程經(jīng)毅，胡時勝．SHPB裝置應(yīng)用于測爨商濕動態(tài)力學(xué)·陡能的磷究fjl。學(xué)，1998．13(3)：307—Msplit[29】何平聱．贏聚物的力學(xué)燃能[M】．會肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版享土【30】唐建平．霍普金森稈實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)【碩士學(xué)位論文1．科學(xué)技術(shù)大學(xué)KolskyMethod[J]．IntImpactJPropertiesJ．軟材料的SHPB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]．D[34]盧芳云擊，2002，22(1)：15-ofC【LsMech．Phys．Solids，1975，23：1-MD[37】withKolskyMethod[J]．IntImpactJPropertiesJ．軟材料的SHPB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]．D[34]盧芳云擊，2002，22(1)：15-ofC【LsMech．Phys．Solids，1975，23：1-MD[37】withshapingsplitHopkinson【foam[39]秦自楷．壓電石英晶體[M]．北京：國防工業(yè)出版社HopkinsonMechanics，2000，40(1)：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o?o。o?o 信號的分離和計(jì)ocalculateEDandstrainOtrue(1)一log(1．O-signalcal(-Otrue(I)盎s(I)+(1．0-1l-l，signalcal(-Otrue(I)盎s(I)+(1．0-1l-l，麓format(1X，lofortransformformulationofortransformformulationO}+’+++_+}+·十++···+++}}++··++十+++}+}+}·十}·}}++}十}+}}}++十{+●··++-·+★}·++$}++}++}十++★·+十thetheincidentpulseawithknownprogrampulseshapingcharacter+8thetheincidentpulseawithknownprogrampulseshapingcharacter+8cl，c2，c3，c4，e5，c6／'time','thick','diameter','e∥s∥si。write(*，+)”?一輸入計(jì)算編號EP0=I+)D，E，ROU，Ca0=d0*'2'PI／4print+，’a-andn=num／8／8forfirsttravelofwavedoep(i)forfirsttravelofwavedoep(i)。(vO／hO)+(1-k+(ep(i—1)“an)／(O．O-ep(i一1)++am)+(1．0·ep(i-1))))+delt+ep(i-h(i)=hO+(1-epx2ep(i一1、(1．O-epx++amdi(i)。SQRT(4+area(i)／pisigpx2si90+(epx++an)l(1．O-epx++amdi(i)=SQRT(4+area(i)／piept(i)=(ep(i)一sigpx2si90+(epx++an)l(1．O-epx++amdi(i)=SQRT(4+area(i)／piept(i)=(ep(i)一sigpx=sigO+(epx++an)／O．O-000tofortraveldof12(ep(i‘n)++an