Hopkinson曲杆型双向拉伸加载设计探讨

摘要

为了实现对材料或结构的双向高应变率同步拉伸加载,基于曲杆中弹性应力波传播理论和Hopkinson杆原理,首先在对称的人字形曲杆结构中同时产生和传递两路压缩波,再经过接触转接头反射形成沿拉伸加载杆传播的双向拉伸波,实现对试样的双向动态拉伸.同时,为理解人字形曲杆几何构形对弹性压缩波传播的影响规律,对该加载装置进行了动力学分析和ABAQUS有限元模拟.研究发现,理想方波构形的压缩弹性波经过曲杆传播后,方波的平台段随着杆弯曲角度的增大出现前高后低的倾斜现象,同时大曲率杆引起的波形失真更严重.为获取常规方波或梯形波的平台段,也可采用定量优化的锥形撞击杆,产生前低后高的加载波,来抵消曲杆传递中的倾斜失真.最后,为了验证该加载系统的有效性,搭建了小型人字形曲杆高应变率双向拉伸装置进行试验测试.结果 表明,该装置实现了脉宽约为54μs的双向拉伸加载波良好的同步,两路波形起始点时间差可以控制在约2.5μs以内,幅值差约6×10-6.同时对2024铝合金试样进行了双向拉伸试验,取得良好的试验效果.