多制式一體化霍普金森桿系統(tǒng)
霍普金森桿系統(tǒng)可以分為霍普金森壓桿、霍普金森拉桿、霍普金森扭桿和霍普金森拉/壓/扭一體機(jī)等；按著驅(qū)動(dòng)的方式可以分為氣體驅(qū)動(dòng)的霍普金森桿、電磁驅(qū)動(dòng)的霍普金森桿和爆炸驅(qū)動(dòng)的霍普金森桿；按著桿系的截面形狀可以分為實(shí)心的圓形和方形桿、空心的圓管等的霍普金森桿系統(tǒng)；隨著工程材料的發(fā)展，如泡沫材料、巖石、混凝土等一些比較特殊的材料，由于其內(nèi)部組分復(fù)雜、均勻性較差，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，其試件尺寸較均質(zhì)材料的試件尺寸大，隨著桿徑的增大，桿中幾何彌散效應(yīng)凸顯，應(yīng)變率降低，影響結(jié)果的有效性。因此，對(duì)于非均質(zhì)離散型的材料，集束方桿霍普金森桿技術(shù)很好的解決了這樣的問(wèn)題，如圖1所示為Albertini1994年混凝土試件的集束式方桿霍普金森拉桿。對(duì)于非均質(zhì)離散型的材料，其入射桿、透射桿和緩沖桿可以采用相同材料的圓桿和集束桿構(gòu)成雙制式霍普金森桿系統(tǒng)。雙制式霍普金森桿系統(tǒng)就是入射桿和透射桿均具有兩種制式桿，一套為集束式方桿，入射桿和透射桿和緩沖吸能桿都是集束式方桿；另一套為單根圓桿，入射桿和透射桿和緩沖吸能桿都是圓桿。為了匹配不同材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究，兩種制式的桿材料可以選為馬氏體沉淀硬化不銹鋼、7A04鋁合金、聚碳酸酯材料等。
通過(guò)多制式一體化的霍普金森桿系統(tǒng)，可以獲得各向同性材料、各向異性材料的高應(yīng)變率本構(gòu)關(guān)系，為建模仿真研究提供準(zhǔn)確有效的材料模型參數(shù)。
雙制式霍普金森拉桿系統(tǒng)的示意圖如圖2所示，雙制式霍普金森拉桿材料動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的顯著特點(diǎn)是多功能，即在一個(gè)支撐平臺(tái)上，可根據(jù)被測(cè)材料試件的特性選用不同材料和制式的拉桿，實(shí)現(xiàn)被測(cè)材料的動(dòng)態(tài)直接拉伸測(cè)試試驗(yàn)。
雙制式霍普金森拉桿材料動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)機(jī)主要包含：氣炮裝置（含空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣壓力容器）、發(fā)射控制系統(tǒng)、桿系（輸入桿、透射桿和吸能桿）、支座及卡鉗、工作平臺(tái)、液壓三軸圍壓裝置、高低溫環(huán)境箱、緩沖吸能裝置、連接地面的固定與調(diào)平裝置、試件防護(hù)與回收裝置、桿系吊裝專(zhuān)用吊具等。
圖1 混凝土試件的集束式方桿的霍普金森拉桿試驗(yàn)示意圖
圖2 分離式霍普金森拉桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成示意圖
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