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分离式霍普金森压杆及高温硬度计在刀具测试中

2017-04-19 行业资讯
霍普金森压杆是测试刀具材料高应变率的测试设备,可以测试动态冲击条件下的应力、应变、冲击速度、应变能、冲击能量等,是一款高应变率(1000-10000/s)下测试应力应变有力测试工具。高温硬度计是测试刀具在高温工作条件下的硬度,可以通过高温硬度来综合评价刀具在工作条件下的摩擦磨损情况。

分离式霍普金森杆特点及基本原理

特点:如前所述,结构物在爆炸/冲击载荷下的动态响应与静态响应的区别实际上包含了介质质点的惯性效应(波传播)和材料本构关系的应变率效应。

研究材料在高就变率下的动态力学行为时,与研究材料在准静态力学行为时不同,一般必须计及这最基本的两类效应。问题的核心在于如何区分这两类效应,因为就材料的动态力学行为研究本身而言,研究的目的只是材料的应变率效应。然而,这两类效应恰好常常相互联系,相互影响,相互耦合,从而使问题变得十分复杂。事实上,一方面,在应力波传播的分析中,材料动态本构方程(材料动态力学行为)是建立整个问题基本控制方程组所不可缺少的组成部分;换言之,波传播的研究是以材料动态本构关系已知为前提的;而另一方面,在进行材料高应变率下动态本构关系试验研究时,一般又必须计及试验装置和试件中的应力波传播及相互作用,换言之,在材料动态响应研究中又要依靠所试验材料中应力波传播的知识来分析。人们就遇到了“狗咬尾巴”或者“先有鸡还是先有蛋”的怪圈。

解决这个问题的核心思想之一是设法将应力波效应和应变率效应解耦。霍普金森杆实验技术就是这个思想。在霍普金森杆装置中,子弹(撞击杆)、输入杆(入射杆)、输出杆(透射杆)均要求处于弹性状态,且一般要求具有相同的直径和材质,即弹性模量E,波速C0和波阻抗ρ0C0均相同。这种技术巧妙地解决了这个“狗咬尾巴”的问题。一方面,对于同时起到冲击加载和动态测量双重作用的入射杆和透射杆,由于始终处于弹性状态,允许忽略应变率效应而只计及应力波传播;并且只要杆径小得足以忽略横向惯性效应,就可用一维波理论来分析。另一方面,对于夹在两杆之间的试件,由于长度足够短,使得应力波在试件两端间传播所需时间与加载总历时相比小得足以把试件视为处于均匀变形状态,从而允许忽略试件中的应力波效应,只计及应变率效应。这样这两个效应就解耦了。对于试件而言,就相当于高应变率下的“准静态”试验,对于杆而言,相当于由杆中波传播信息反推相邻短试件材料的本构响应。这就是霍普金森杆技术的主要特点,它能使惯性效应和应变率效应解耦。