[发明专利]基于SHPB的颗粒物质一维应力波衰减效应测定方法

说明书

本发明公开一种基于SHPB的颗粒物质一维应力波衰减效应测定方法，包括如下步骤：(10)应力波加载：将待测颗粒物质试件置于分离式霍普金森压杆，记录射波、反射波、透射波；(20)前端峰值应力计算：计算得到试件前端峰值应力；(30)界面系数获取：拟合得到反射系数由试件所受应力表达的函数式，和透射系数由试件所受应力表达的函数式；(40)尾端峰值应力计算：根据透射波峰值应力和透射系数，计算得到试件尾端峰值应力；(50)消波率获取：根据试件尾端峰值应力和试件前端峰值应力，计算得到待测颗粒物质试件的消波率。本发明的颗粒物质一维应力波衰减效应测定方法，试验结果准确、试件长度可调、试验效率高。

技术领域

本发明属于材料动态力学性能试验技术领域，特别是一种试验结果准确、试件长度可调、试验效率高的基于SHPB(分离式霍普金森压杆，Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)的颗粒物质一维应力波衰减效应测定方法。

背景技术

得益于颗粒介质的松散、多孔、易压缩的特性，应力波在颗粒介质中传播时，会表现出显著的衰减特性。作为消波材料，颗粒介质常常被用于构筑防护工程的消波分配层，用以吸收、耗散爆炸波的巨大能量。因此，定量地量测爆炸应力波在颗粒介质中传播衰减规律，为防护工程选型和设计施工提供理论依据，显得至关重要。

现有的研究颗粒介质中一维应力波衰减的实验加载方法多种多样，如激波管、落锤、摆锤等。这些方法一般通过在砂土中埋置应力计来获取试件中的应力波信号，但由于波阻抗的差异，应力计很难准确反应砂土中的实际应力状态，且应力计的存在，必然会对试件中波的传播造成影响。有结果表明，埋置应力计的方法对峰值应力的测试误差甚至高达20％。

分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)是一种测量材料动态力学性质的装置，它能够通过测量两弹性长杆中的应力波，通过时域平移，间接而准确的反映试件两端面的应力状态，如中国发明专利“高温条件下SHPB自动对杆冲击加载实验装置”(申请号：201310684780.1，公开日：2014.3.26，授权公告日：2015.12.30)。如果将SHPB应用于量测颗粒介质中应力波的衰减，将避免埋置应力计方法所带来的不良影响，如中国发明专利“颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置”(申请号： 201720131888.1，公开日：2017.2.14，授权公告日：2017.9.1)。然而，不同于传统 SHPB材料实验，为探究应力波的在试件中单程的传播规律，在所试时间内，不允许应力波在试件内部的多次反射，试件两端不存在应力平衡。并且，砂土试样的波阻抗并非恒值，无法直接通过透射杆中的透射波精确且直接的计算得到试件尾部的应力状态。

总之，现有技术存在的问题是：对颗粒物质一维应力波衰减效应的测定试验结果不准确、试件长度不可调、试验效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SHPB的颗粒物质一维应力波衰减效应测定方法，试验结果准确、试件长度可调、试验效率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于SHPB的颗粒物质一维应力波衰减效应测定方法，包括如下步骤：

(10)应力波加载：将待测颗粒物质试件置于分离式霍普金森压杆的试验位置，发射子弹，记录入射杆中的入射波、反射波和透射杆中的透射波；

(20)前端峰值应力计算：根据由入射波、反射波得到的入射波峰值应力和反射波峰值应力，计算得到试件前端峰值应力；

(30)界面系数获取：利用入射波和反射波，拟合得到入射杆-试件界面处的反射系数由试件所受应力表达的函数式，并根据反射系数与试件-透射杆界面处的透射系数的相互关系，得到试件-透射杆界面的透射系数由试件所受应力表达的函数式；

(40)尾端峰值应力计算：由透射波得到透射波峰值应力，根据透射波峰值应力和透射系数，计算得到试件尾端峰值应力；