Бар давления Сплит-Хопкинсона - Split-Hopkinson pressure bar

В Бар давления Сплит-Хопкинсона, названный в честь Бертрам Хопкинсон, иногда также называемый штангой Кольского, представляет собой прибор для проверки динамического стресс –напряжение отзыв материалов.

История

Бар давления Хопкинсона был впервые предложен Бертрам Хопкинсон в 1914 г.^[1] как способ измерения распространения импульса напряжения в металлическом стержне. Позже, в 1949 году Герберт Кольский^[2] усовершенствовал технику Гопкинсона, используя последовательно две планки Гопкинсона, теперь известные как разделенная планка Гопкинсона, для измерения напряжения и деформации, включая достижения в области электронно-лучевая осциллограф в сочетании с электрическими конденсаторами для регистрации распространения волны давления в напорных стержнях, как впервые было сделано Ризиарт Морган Дэвис годом ранее в 1948 г.^[3]

Более поздние модификации позволили проводить испытания на растяжение, сжатие и кручение.

Операция

Несмотря на то, что в настоящее время для манометра Сплит-Хопкинсона используются различные установки и методы, основные принципы испытания и измерения остаются теми же. Образец помещается между концами двух прямых стержней, называемых панель инцидентов и переданный бар.^[4] В конце падающей полосы (на некотором расстоянии от образца, обычно на дальнем конце) волна напряжения создается, которое распространяется через стержень к образцу. Эта волна называется падающая волна, и, достигнув образца, распадается на две более мелкие волны. Один из которых, прошедшая волна, проходит через образец в переданный стержень, вызывая Пластическая деформация в образце. Другая волна, названная отраженная волна, отражается от образца и возвращается вниз по падающей планке.^[5]

Большинство современных установок используют тензодатчики на стержнях для измерения деформаций, вызванных волнами. Предполагая, что деформация образца однородна, напряжение и деформацию можно рассчитать по амплитудам падающей, прошедшей и отраженной волн.^[6]

Тест на сжатие

Для испытания на сжатие две симметричные стержни расположены последовательно, а образец находится между ними. Во время тестирования ударная планка ударяется о ударную планку. Ударная планка стреляет из газового пистолета. Переданный стержень сталкивается с ловушкой импульса (обычно блоком из мягкого металла). Тензодатчики установлены как на падающих, так и на проходящих стержнях.^[6]

Испытание на растяжение

Испытания на растяжение в стержне давления Split Hopkinson (SHPB) более сложны из-за различий в методах нагружения и крепления образца к падающей и передающей балке.^[7] Первый натяжной стержень был разработан и испытан Harding et al. в 1960 г .; В конструкции использовалась полая штанга, которая была соединена с вилкой, и образец с резьбой находился внутри штанги. Волна растяжения создавалась ударом по штанге толкателем и отражением начальной волны сжатия от свободного конца в виде волны растяжения.^[8] Другой прорыв в конструкции SHPB был сделан Николсом, который использовал типичную компрессионную установку и нарезал металлические образцы как на передающем, так и на передающем концах, при этом поместив композитный хомут поверх образца. Образец имел плотную посадку на падающей и пропускающей сторонах, чтобы избежать первоначальной волны сжатия. Установка Николса создавала бы начальную волну сжатия за счет удара ударником по падающему концу, но когда волна сжатия достигала образца, нити не нагружались. В идеале волна сжатия должна проходить через композитную манжету, а затем отражаться от свободного конца при растяжении. Затем растягивающая волна будет тянуть за образец.^[7] Следующий метод нагружения был революционизирован Огавой в 1984 году. Полый ударник использовался для удара по фланцу, имеющему резьбу до конца на падающем стержне. Этот ударник приводился в движение с помощью газовой пушки или вращающегося диска. Образец был снова прикреплен к балке передачи и передачи с помощью резьбы.^[9]

Испытания на кручение

Как и в случае испытаний на растяжение, существует множество методов крепления и нагружения образцов при скручивании материалов на SHPB.

Один из способов применения нагрузки называется сохраненный крутящий момент Метод заключается в зажиме средней части падающего стержня при приложении крутящего момента к свободному концу. Падающая волна создается при внезапном отпускании зажима, который посылает торсионную волну к образцу.^[5]

Другой метод загрузки, известный как взрывное заряжание использует заряды взрывчатого вещества на свободном конце падающего стержня для создания падающей волны. Этот метод особенно чувствителен к ошибкам, потому что каждый заряд должен подавать одинаковый импульс на падающий стержень (для создания чистого кручения без изгиба) и оба должны взорваться одновременно. Маловероятно, что взрывное нагружение приведет к появлению чистых падающих волн, которые могут вызвать неравномерный скорости деформации на протяжении всего теста. Однако этот метод имеет то преимущество, что он имеет очень малое время нарастания по сравнению с методом сохраненного крутящего момента.^[10]