三维霍普金森压杆试验装置调试与试验验证

发布时间：2017-08-29 16:32

  本文关键词：三维霍普金森压杆试验装置调试与试验验证

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【摘要】：针对国内外真三轴高速冲击试验机的研究空白,为了研究材料在复杂应力状态,高速冲击下的材料力学响应,验证相关强度准则和获取材料特性参数,本文在传统霍普金森压杆(SHPB)试验原理和技术的基础上,采用课题组前期自主研发的三维霍普金森压杆,运用数值模拟和试验验证等方法,系统研究了本装置的可行性,稳定性和同步性。本文的主要内容包括:(1)介绍了三维SHPB的设计方案和加载原理,根据方案建立了本装置的三维立体几何模型。用LS-DYNA软件对本装置的试验过程进行数值模拟,根据结果分析了入射杆和透射杆中应力波的同步性和试件受冲击时的受力情况。(2)在已建成的三维霍普金森压杆装置上,选用有机玻璃作为试件材料,通过试验验证入射波和透射波的同步性;通过多次重复试验,验证试验结果的可重复性和本装置的稳定性。(3)进行两次全局性试验,通过和传统SHPB装置试验结果对比研究了本装置的可行性和合理性。另外对试验操作环境中的环境噪声进行分析,研究试验结果的可靠性。通过数值模拟和试验验证,得到以下结论:(1)本装置中通过单根入射杆对三根入射杆进行非共轴撞击,在入射杆中可以产生均匀的一维弹性波,并且所有入射波可以达到同步等幅值。(2)本装置引入的入射转向头和透射转向头,可以实现截面过渡和应力波转向作用,所有透射波可以达到同步等幅值。(3)可以用本三维SHPB装置对试件施加同步正交的三轴动态加载;压杆上测得的应力波波形特征明显,可区分度较好。(4)本装置的应力波测试方案可行,可以在六个压杆中测到完整的波形,环境噪声对试验结果影响较小。本装置操作简便,具有一定稳定性,试验结果可重复性较好。
【关键词】：SHPB 高应变率 动态试验机 三轴试验机 三维霍普金森压杆
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH87
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 一维高速加载装置的研究10-12
• 1.2.2 三轴试验机的研究发展12-13
• 1.2.3 动态试验机的研究发展13-15
• 1.3 强度理论的试验验证15-17
• 1.3.1 复杂应力状态强度理论的试验验证15-16
• 1.3.2 动态强度理论试验验证16-17
• 1.4 存在的问题17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第二章 分离式霍普金森压杆装置原理和测试技术19-30
• 2.1 弹性杆中一维应力波的传播19-22
• 2.1.1 弹性杆中一维应力波19-21
• 2.1.2 两弹性杆的相互撞击21-22
• 2.2 一维霍普金森压杆基本原理22-27
• 2.2.1 试验装置组成22-24
• 2.2.2 试验装置原理24-26
• 2.2.3 试验装置几项假定26-27
• 2.3 一维霍普金森压杆数据采集系统27-29
• 2.3.1 应变测量27-28
• 2.3.2 惠斯通电桥28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 三维霍普金森压杆装置同步分析30-46
• 3.1 试验装置方案30-34
• 3.2 数值建模34-38
• 3.2.1 单元及模型参数35-36
• 3.2.2 网格划分36-38
• 3.3 数值模拟定性分析38-45
• 3.3.1 入射波同步性分析38-41
• 3.3.2 透射波同步性分析41-42
• 3.3.3 试件受力分析42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 三维霍普金森压杆安装调试和试验验证46-63
• 4.1 试验装置安装调试46-53
• 4.1.1 装置搭建46-48
• 4.1.2 设备参数48-50
• 4.1.3 试验设计50-53
• 4.2 入射波同步性验证53-58
• 4.2.1 试验（一）结果与分析53-56
• 4.2.2 试验（二）结果与分析56-58
• 4.3 透射波同步性验证58-59
• 4.4 全局试验59-61
• 4.5 环境噪声分析61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 结论和展望63-66
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-66
• 参考文献66-71
• 发表论文和参加科研情况说明71-72
• 致谢72-73

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