[发明专利]一种排除SHTB试验夹持装置中空气层影响的方法

说明书

本发明属于冲击动力学领域，具体涉及一种排除SHTB试验夹持装置中空气层影响的方法。包括如下步骤：步骤(1)：考虑SHTB试验夹持装置与试验试件存在空气层，基于均匀性假定与一维应力假定将实验模型简化；步骤(2)：将含有空气层的夹持段中空气层前后界面定义为不同介质层界面；步骤(3)：通过分析实验中杆中应力波在不同介质层中的透反射问题，得到在不同介质层面下应力脉冲的变化；步骤(4)：根据步骤3中应力脉在不同介质层面下冲的变化修正实验得到的入射波、透射波及反射波信号。本发明考虑SHTB实验装置中含有空气层，利用应力波在不同介质层的透反射分析，通过排除空气层的影响修正实验数据，提高了SHTB实验的实验数据准确性。

技术领域

本发明属于冲击动力学领域，具体涉及一种排除SHTB试验夹持装置中空气层影响的方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，带动了越来越多利国利民的重大工程的兴建。这些结构工程往往高大而复杂，承载了正常设计载荷的同时，还要具备承受极端的环境作用或一些偶然性的事故的能力，比如地震、火灾、爆炸、撞击等。这需要我们对这些结构工程材料(如金属、混凝土、岩石等)的力学性能尤其是动态力学性能有更全面的了解。霍普金森杆试验系统作为研究材料动态力学性能有效手段，近几十年得到了广泛的应用并成为研究材料的动态力学性能的重要手段，它主要研究材料在高应变率下的力学性能与行为。这种实验装置的结构比较简单，操作流程简洁，并且具有巧妙的测量方法，且容易控制加载应力波的波形。

材料的动态力学性能分为动态压缩和动态拉伸力学性能，自1960年Harding建立了分离式霍普金森拉杆以来，分离式霍普金森拉杆(SHTB)是测试材料在高应变率下拉伸力学性能的一种有效方法。分离式Hopkinson拉杆实验装置也在实验技术的发展上得到了不断地改进，目前的SHTB中试样与加载杆的连接主要为螺纹连接，属于固定连接方式，并且连接形式的复杂性，试件的长度、加载杆内圈螺纹的长度常常不一致将导致连接处会试件两端与杆件会存在缝隙，存留空气层，而应力脉冲信号在空气层界面存在较大的透、反射，从而引起测试误差。

现有的SHTB实验数据基于一维应力假设与均与性假设进行处理方法，采用二波法或三波法对原始测量试验数据进行处理，认为加载杆与试件之间为紧密连接，不考虑空气缝隙，从而忽视了原始测量试验数据与试验试件经历的真实应力状态存在差别，使得通过分离式Hopkinson拉杆试验材料得到的动态力学性能与实际存在偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排除SHTB试验夹持装置中空气层影响的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种排除SHTB试验夹持装置中空气层影响的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：考虑SHTB试验夹持装置与试验试件存在空气层，基于均匀性假定与一维应力假定将实验模型简化；

步骤(2)：将含有空气层的夹持段中空气层前后界面定义为不同介质层界面；

步骤(3)：通过分析实验中杆中应力波在不同介质层中的透反射问题，得到在不同介质层面下应力脉冲的变化；

步骤(4)：根据步骤3中应力脉在不同介质层面下冲的变化修正实验得到的入射波、透射波及反射波信号。

进一步的，所述步骤(2)中将空气层的前后界面定于为不同介质层界面S1、S2，S1界面所含的材料为空气和试验杆件，S2界面所含的材料为空气、实验杆件和试验试件。

进一步的，所述步骤(3)中应力脉冲在S1、S2界面形成透、反射，而经过在S1、S2界面的透、反射，试验测量信号与真实试件材料受到的动态力学状态不同。

进一步的，所述步骤(3)中的应力波为拉伸波。

进一步的，所述步骤(3)中左行拉伸波依次穿过S1、S2界面，具体为：