霍普金森杆实验方法中材料弹性阶段杨氏模量及其曲线准确性分析OA北大核心CSTPCD

霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响,而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统,利用一维弹性增量波理论,推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式,研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响;进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法,分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明:试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关,但并不完全依赖试件两端应力差,与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关;线性加载波斜率增大,切线模量和割线模量与实际值的差异均增大,在斜率较大时,割线模量的准确性要高于切线模量;入射波形状以正弦波为参考,曲线的初始斜率低时,切线模量的准确性高于割线模量,曲线的初始斜率高时则相反。