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常用关键词: 压缩 拉伸 疲劳 冲击 高温 复合材料 小尺寸

应用案例

标准化DIC视觉技术在霍普金森杆测试中的应用

  分离式Hopkinson(霍普金森)实验技术是目前实验技术和应用情况研究最多的材料动力学性能实验界“扛把子”。而要讲霍普金森压杆实验,就要先从材料动态力学性能实验开始讲起。在各类工程技术、军事技术和科学研究等广泛领域的一系列实际问题中,甚至就在日常生活中,人们都会遇到各种各样的爆炸/冲击载荷问题,并且可以观察到,物体在爆炸/冲击载荷下的力学响应往往与静载荷下的有显著不同。19世纪开始,人们才逐步认识到了材料在动载下的力学性能与其在静载下的力学性能不同。Thomas Young是分析弹性冲击效应的先驱,他(1807)提出了弹性波的概念,指出杆受轴向冲击力以及梁受横向冲击力时可从能量进行分析而得出定量的结果。J. Hopkinson 1872完成了第一个动态演示实验,观察到铁丝受冲击而被拉断的位置不是冲击端,而是固定端;并且冲击拉断的控制因素是落重的高度,即取决于撞击速度,而与落重质量的大小基本无关。

  Pochhammer,1876;Chree,1886;Rayleigh,Lord1887分别研究了一维杆中的横向惯性运动。1897年Dunn 设计了第一台高应变率试验。1914年B.Hopkinson想出了一个巧妙的方法,用以测定和研究炸药爆炸或子弹射击杆端时的压力~时间关系。所采用的装置被称为Hopkinson压杆(Pressure Bar),有时缩写为HPB。霍普金森杆实验在各类工程技术、军事技术和科学研究中的重要性非常显著,但霍普金森杆试验中的应变测量一直是个难点,由于霍普金森杆的冲击速度非常快,需要非常快速(数MHz)的采集应变数据,传统方法采用接触式的应变片测量方法响应速度不够,无法满足高应变速率下的应变测量。

  海塞姆采用标准化DIC技术,可通过非接触的方式实现霍普金森杆实验中高速加载图像采集,进而实现三维全场变形和应变测量分析,从数据准确性、全面性和操作便携性等方面颠覆了传统测量方法,为霍普金森杆实验中的变形和应变测量提供了一个全新的解决方案,并有望成为霍普金森杆实验中的应变测量的标准解决方案。

  如下图为霍普金森杆实验的测量场景和测量数据:

霍普金森杆实验试样

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霍普金森杆实验示意图

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试验现场布置

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海塞姆视觉应变仪布置

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测量结果—全场位移

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测量结果—X向应变

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测量结果—X向位移

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  除了应用于霍普金森压杆试验,海塞姆的视觉应变仪还可以用于其他冲击试验中应变测量,比如落锤冲击试验、兵器爆炸试验、建筑爆破拆除试验,高速风洞等。