摆锤式间接杆-杆型SHTB装置的研制及FEM仿真分析

摘要

在充分调研国内外SHTB装置的基础上,以较小的费用建成了一套摆锤式间接杆-杆型SHTB装置。动力装置为改造后的摆锤式冲击试样机,摆锤撞击速度为5m/s(不可调节),能量为300J。入射脉冲产生的关键技术为:通过金属短杆(材料为LY12cz)连接撞块与入射杆,摆锤撞击撞块,使短杆由弹性变形快速过渡到塑性变形直至断裂,入射杆中的入射脉冲并非由锤头撞击撞块直接产生,而是利用了短杆的塑性流动过程产生的,短杆的尺寸决定了入射脉冲的脉宽及高度。此技术调节并控制了冲击试样机对入射杆能量的输出,在试样内产生的应变率范围为100/s―1600/s。该文重点介绍了自行研制的摆锤式间接杆-杆型SHTB装置各关键部件的构造,结合某次16MnR材料性能实验分析了应力方波在拉杆中的传播过程,并给出了该次16MnR试样的应变率与应力-应变关系。还简单介绍了该系统实验得到的钛合金焊接材料及不锈钢与16MnR复合板焊接材料的应力-应变关系。最后采用非线性动态显式有限元分析软件ANSYS-LS DYNA模拟了短杆的拉断与入射杆内入射脉冲形成的过程,对入射脉冲产生的原理进行了较深入分析,为短杆及试样尺寸的设计提出了有益的指导。自研SHTB装置的主要优点为结构简单,实验成本低。