霍普金森杆实验原理

南京理工大学

机械工程学院研究生研究型课程考试答卷

课程名称： 材料动态特性实验

考试形式：□专题研究报告 □论文 √大作业 □综合考试

学生姓名： 学号：

序 号 分 项 类 别 得 分

1

2

3

4

总 分

评阅人：

时 间： 年 月 日

材料动态特性实验

一．实验目的：

1、了解霍普金森杆的实验原理和实验步骤；

2、会用霍普金森杆测试材料动态力学性能。

二．实验原理：

分离式Hopkinson压杆的工作原理如图1.1所示装置中有两段分离的弹性杆,分别为输入杆和输出杆,短试样夹在两杆之间。当压气枪发射一撞击杆(子弹),以一定速度撞击输入杆时,将产生一入射弹性应力脉冲,随着入射波传播通过试样,试样发生高速塑性变形,并相应地在输出杆中传播一透射弹性波,而在输入杆中则反射一反射弹性波。透射波由吸收杆捕获,并最后由阻尼器吸收。

图1.1 现在的Kolsky杆装置示意图

根据压杆上电阻应变片所测得的入射波、反射波、透射波,以及一维应力波理论可得到如下的计算公式。

试样的平均应变率为:

)00trilc（ （1-1）

试样中的平均应变:

dtlctris)(00 （1-2）

试样中的平均应力:

)(20triAAE （1-3）

式中tri，，分别表示测试记录的入射、反射和透射波,C0是弹性纵波波速,C=5189m/s,L0为试样的初始长度,E为压杆的弹性模量,A/A0为压杆与试样的截面比。

由应力均匀化条件可知:

rit (1-4)

将公式(l一4)代入(1一l)!(l一2)!(l一3)式可得

第九届全国冲击动力学学术会议论文集

霍普金森压杆系统气体炮弹速计算

康婷许金余白应生于伯毅

（空军工程大学工程学院，陕西西安７１００３８）公式研究

摘要：霍普金森压杆系统是研究建筑材科冲击动力特性的主要设备。在大口径（由１００）霍普金森压杆系

统调试过程中，发现根据现有气体炮弹速计算公式，计算结果与试验结果存在较大偏差，不能有效指导试验开展。本文分析了目前弹速计算公式的缺陷所在，根据牛顿第二运动定律和空气动力学原理推导出了新的弹速计算公式。推导过程中考虑了实际装弹位置的变化和发射管内原来大气压的影响，考虑因素比较伞面且符合实际情况。通过多次试验验证此计算公式精度较高，据此公式可以对霍普金森压杆系统上的应变测量系统进行动态标定。本文所推公式计算过程简单，对霍普金森压杆系统的有效使用具有很人帮助。关键词：霍普金森乐杆系统；气体炮弹速；计算公式；空气动力学原理

引言。

气体炮是一种研究材料在冲击乐缩下的动力学特性、状态方程以及物理、化学特性常用的冲击

加载工具，分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆是研究材料在中低应变率条件下的力学性能的主要实验加载设备，

其中子弹速度是确定材料中冲击状态或应力状态的重要参数之一，因此为了较为精确地确定弹速是

十分必要和重要的。我系于前年年底建立了大口径霍普金森杆系统。…埋１在设备调试过程中，发现原

模拟弹弹速公式的计算结果与光电测速仪上的计算速度存在较人偏差，使得对杆上的应变测量系统

进行动态标定时存在较大的误差。经研究发现存在以下两方面的缺陷：

１）光电测时仪的速度与原理论计算速度存在很大的误差，已超过了误差的允许值，有的相对误

差竟高达１００％以上。

２）弹速的理论计算公式应用时存在较大的缺陷，套用的计算参数不正确。

在试验设备调试的过程中，我们必须对该系统进行动态标定。在标定的过程中反应设备正常工

作的一个重要参数就是弹速，因此寻求准确的弹速计算公式，有效地指导试验开展，具有重要的现

实意义‘３１‘４‘。

第２　０卷　第２期２　０　１　４年４月 工程爆破ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２Ａｐｒｉｌ　２０１４

文章编号：１００６－７０５１（２０１４）０２－００４３－１１

岩石动态力学参数测试综述

夏开文１，２，周传波３

（１．天津大学水利仿真与安全国家重点实验室及建筑工程学院，天津２３００２７；

２．多伦多大学土木工程系，加拿大多伦多Ｍ５Ｓ１Ａ４；３．中国地质大学（武汉）工程学院，武汉４３００７４）

摘　要：岩石工程实践中，受动力荷载的作用现象比较普遍，例如工程爆破、自然地震及岩爆等。为了工程安全并兼顾经济效益的最大化，在这些工程问题的设计和施工中需要使用准确的岩石动态力学破坏强度及断裂韧度等力学性质。由于岩石动力测试较静态测试复杂得多，国际岩石力学学会岩石动力学专业委员会（ＩＳＲＭ－ＣＲＤ）２０１２年才首次推出了岩石动态测试推荐方法，包括岩石动态压缩、动态拉伸及动态断裂方法。夏开文近几年在岩石动力实验室测量方面做了一系列工作，得到了国际同行广泛的认可，并执笔编写了ＩＳＲＭ动力测试推荐方法。夏开文作为新一届的国际岩石力学学会岩石动力学专业委员会（２０１１～２０１５）主席，负责继续推动把更多切实有效的岩石动力测试方法建议为国际岩石力学学会（ＩＳＲＭ）推荐方法。在此背景下，我们结合多年来的研究工作，总结一些准确可靠的岩石动力学测试方法，希望能被应用到我国的工程爆破实践中，以期进一步提高我国工程爆破施工的高效性和安全性。关键词：岩石动力学性质；霍普金森杆；岩石动态强度；动态测试标准中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７０５１．２０１４．０２．０１２

ＲＥＶＩＥＷ　ＯＦ　ＴＥＳＴＩＮＧ　ＭＥＴＨＯＤＳ　ＦＯＲ　ＤＹＮＡＭＩＣ

ＲＯＣＫ　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ

ＸＩＡ　Ｋａｉ－ｗｅｎ１，２，ＺＨＯＵ　Ｃｈｕａｎ－ｂｏ３（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＣｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ２３００２７，Ｃｈｉｎａ；

基于光学检测方法的霍普金森压杆技术综述

分离式霍普金森压杆技术是一种被广泛应用于测量材料在高应变率范围内动态力学性能的一种行之有效的实验手段。传统的霍普金森压杆测量方法主要是利用粘贴在入射杆和透射杆上的应变片实现对被测材料动态力学性能测量的目的，但是这种应变片式的霍普金森压杆技术中仍存在一些固有的问题和不足。为了获得更高效、精确的实验数据，基于光学检测方法的霍普金森压杆测量技术应运而生。它具有非接触性、高度可重复性、测量结果更加可靠和准确等优点。文章首先简要回顾了传统分离式霍普金森压杆技术的起源与发展，以及测量装置和测量原理。在此基础上，重点介绍了三种基于光学检测方法的分离式霍普金森技术，并简要说明了各个测量方法的特点。

标签：光学检测；霍普金森压杆；动态特性；光干涉

Abstract： The split Hopkinson pressure bar（SHPB） technology is an effective

experimental method for measuring the dynamic mechanical properties of materials at

high strain rates. The traditional Hopkinson pressure bar measurement method mainly

uses strain gauges attached to the incident rod and transmission rod to achieve the

purpose of measuring the dynamic mechanical properties of the material under test.

However， there are still some inherent problems and shortcomings in this strain