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  • ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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一种基于电磁霍普金森杆的材料动态包辛格效应测试装置及方法

杜冰 郭亚洲 李玉龙

李润之, 黄子超, 司荣军. 环境温度对瓦斯爆炸压力及压力上升速率的影响[J]. 爆炸与冲击, 2013, 33(4): 415-419. doi: 10.11883/1001-1455(2013)04-0415-05
引用本文: 杜冰, 郭亚洲, 李玉龙. 一种基于电磁霍普金森杆的材料动态包辛格效应测试装置及方法[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(8): 081101. doi: 10.11883/bzycj-2020-0050
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Citation: DU Bing, GUO Yazhou, LI Yulong. A novel technique for determining the dynamic Bauschinger effect by electromagnetic Hopkinson bar[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(8): 081101. doi: 10.11883/bzycj-2020-0050

一种基于电磁霍普金森杆的材料动态包辛格效应测试装置及方法

doi: 10.11883/bzycj-2020-0050
基金项目: 国家自然科学基金(11527803,11922211,11832015);高等学校学科创新引智计划(111计划)(BP0719007)
详细信息
    作者简介:

    杜 冰(1996- ),男,硕士研究生,daniel_dubing@mail.nwpu.edu.cn

    通讯作者:

    李玉龙(1961- ),男,博士,教授,liyulong@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: O347.3

A novel technique for determining the dynamic Bauschinger effect by electromagnetic Hopkinson bar

  • 摘要: 金属材料在复杂载荷条件下的动态力学行为研究一直备受关注,但受限于实验设备,金属材料的动态包辛格效应响应一直都难以获得。为了探究金属材料的包辛格效应与应变率效应之间的关系,本文中提出一种基于电磁霍普金森杆(electromagnetic split Hopkinson bar,ESHB) 的非同步加载实验技术,为测试金属材料在高应变率加载下的包辛格效应提供了一种有效的实验方法。本文中,首先介绍了非同步加载装置的主要特点,即可以用两列由脉冲发生器产生的应力波对受载试样进行连续的一次动态拉-压循环加载,且加载过程保证了应力波的一致性。分析了应力波对试样加载过程中的波传播历程,确保了加载过程的连续性。随后介绍了动态加载过程,数据处理方法和波形分离手段,并对动态加载过程进行应力平衡性分析,论证了实验装置的可靠性。最后采用该方法测试了5%预应变下6061铝合金动态压缩-动态拉伸的包辛格效应,并与准静态下的实验结果进行对比。实验结果表明,该材料单轴压缩没有明显的应变率效应,但其包辛格效应具有应变率依赖性,高应变率下材料的包辛格应力影响因子由0.07增大至0.17,具有显著的提升,这对传统意义上铝合金材料应变率不敏感的结论提出了挑战。
  • 图  1  包辛格效应示意图

    Figure  1.  Schematic of Bauschinger effect

    图  2  动态非同步加载电磁霍普金森杆系统示意图

    Figure  2.  Schematic of asynchronous-loading electromagnetic split Hopkinson bar system

    图  3  波导杆中波传播的时间-历程关系图

    Figure  3.  Time-distance diagram of wave propagation in bars

    图  4  动态非同步加载过程示意图

    Figure  4.  Schematic of dynamic asynchronous-loading process

    图  5  试样几何尺寸

    Figure  5.  Geometry of the specimens

    图  6  连续动态压缩-动态拉伸加载的典型信号

    Figure  6.  Typic signals of continuously dynamic compression to dynamic tension loading

    图  7  连续的动态压缩-动态拉伸加载的入射波

    Figure  7.  Incident waves of continuously dynamic compression to dynamic tension loading

    图  8  连续动态压缩-动态拉伸加载的应力平衡

    Figure  8.  Stress equilibrium of continuously dynamic compression to dynamic tension loading

    图  9  0.001 s−1应变率下6061铝合金5%预压缩-拉伸的应力-应变曲线

    Figure  9.  Stress strain curves of 6061 aluminum alloy at the strain rate of 0.001 s−1 under 5% pre-compression to tension loading

    图  10  350 s−1平均应变率下6061铝合金5%动态压缩-动态拉伸的应力应变曲线

    Figure  10.  Stress strain curves of 6061 aluminum alloy at the average strain rate of 350 s−1 under 5% dynamic compression to dynamic tension loading

    表  1  采集点可采集到的应力波

    Table  1.   Stress waves collected at acquisition points

    采集点−1 250 mm−150 mm1 800 mm2 500 mm
    εI1εI2εI2
    采集波形εR1εT2.εT1εT1
    εR2
     注:(1) εI1为第1列波的入射波;(2) εR1为第1列波的反射波;(3) εT1为第1列波的透射波;(4) εI2为第2列波的入射波;(5) εR2为第2列波的反射波;(6) εT2为第2列波的透射波。
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    表  2  材料参数

    Table  2.   Material Parameters

    密度/(kg·m−3)弹性模量/GPa屈服强度/MPa泊松比
    2.7×103703600.33
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-28
  • 修回日期:  2020-05-21
  • 网络出版日期:  2020-07-25
  • 刊出日期:  2020-08-01

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