霍普金森压杜实验中的脉冲整形技术的数值模拟

摘要

本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟软件，建立霍普金森压杆(SHPB)实验装置的二维有限元模型。对霍普金森压杆(SHPB)实验中的脉冲整形技术进行数值模拟研究:
　　首先，讨论了常规的霍普金森压杆(SHPB)实验和实验中脉冲整形技术发展历史，介绍了利用大直径常规的霍普金森压杆(SHPB)实验装置研究混凝土脆性材料性质时存在的困难，以及为了解决这些困难所采用的方法——脉冲整形技术，并且对紫铜脉冲整形器的力学响应做出一定的介绍。
　　其次，本文重点介绍了圆饼状紫铜脉冲整形器、截锥体紫铜脉冲整形器、组合型紫铜脉冲整形器对脉冲整形效果的影响，(1)分析撞击杆的撞击速度、脉冲的最大幅值与入射脉冲上升沿的升时（即入射脉冲上升沿段切线斜率增大段曲线对应的时间）的关系;(2)研究圆饼状紫铜脉冲整形器的厚度、直径、紫铜的弹性模量、紫铜的切线模量对入射脉冲上升沿的升时、入射脉冲作用时间、反射脉冲是否出现反射平台的影响，并给出了作用机理;(3)分析截锥体紫铜脉冲整形器、组合型紫铜脉冲整形器对入射脉冲整形效果的影响，对比分析了它们与圆饼状紫铜脉冲整形器整形能力的差异，并给出作用机理。
　　最后，根据对单只紫铜脉冲整形器的数值模拟研究，整形后的入射脉冲存在两个特殊点，并给出了影响这两个点幅值因素，根据单只紫铜脉冲整形器对脉冲影响，为我们提供了一个得到近恒应变率的方法，并已在文中作出了详细的讨论。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究发展概况

1．2．1 国内研究历史及现状

1．2．2 国外研究历史及发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

2 脉冲整形技术工作原理与数值模拟

2．1 SHPB实验中脉冲整形技术历史

2．2 霍普金森压杆(SHPB)工作原理

2．2．1 霍普金森压杆理论基础

2．2．2 脉冲整形技术中入射脉冲理论分析

2．2．3 脉冲整形技术中紫铜脉冲整形器应变理论分析

2．3 数值模拟在SHPB实验中的运用

3 脉冲整形器对波形的影响

3．1 引言

3．2 有限元模型及验证

3．2．1 材料本构关系

3．2．2 霍普金森压杆有限元模型

3．2．3 模型验证

3．3 圆柱体紫铜脉冲整形器对脉冲整形效果的分析

3．3．1 撞击杆的速度对脉冲整形效果的影响

3．3．2 圆饼状紫铜脉冲整形器的厚度对脉冲整形效果的影响

3．3．3 圆饼状紫铜脉冲整形器的直径对脉冲整形效果的影响

3．3．4 圆饼状紫铜脉冲整形器材料参数对脉冲整形效果影响

3．4 小结

4 紫铜脉冲整形器的设计研究

4．1 引言

4．3 截锥体、组合型紫铜脉冲整形器整形效果分析

4．3．1 截锥体紫铜脉冲整形器整形效果分析

4．3．2 组合型紫铜脉冲整形器整形效果分析

4．4 脉冲整形技术中入射脉冲组成结构的分析

4．4．1 整形后的入射脉冲特点

4．4．2 整形后的入射脉冲结构讨论

4．5 近恒应变率加载的实现

4．6 小结

结论

本文的主要成果与创新点

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果