石英晶體傳感器在軟材料霍普金森壓桿實驗中的應(yīng)用研究.pdf

1、在軟材料的霍普金森壓桿(SHPB)實驗中，采用石英晶體傳感器放大透射信號并監(jiān)測試樣兩端應(yīng)力平衡的方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前的研究幾乎都忽略了透射桿端部存在的端部效應(yīng)對石英晶體傳感器信號的影響。本文通過有限元仿真和實驗相結(jié)合的方法，定量討論了端部效應(yīng)對石英晶體傳感器信號的影響，總結(jié)了相關(guān)規(guī)律并給出了減小端部效應(yīng)影響的實驗設(shè)計方案。在此基礎(chǔ)上，用透射桿端部石英晶體傳感器測透射信號的方法完成了3種型號道砟墊動態(tài)力學(xué)性能的測試。

2、>　　首先運(yùn)用壓電學(xué)理論及有限元仿真的知識，計算了單片X-切石英晶體傳感器在受靜力均布載荷作用下的電場強(qiáng)度和電壓值，說明了石英晶體傳感器仿真模型的正確性。然后，結(jié)合霍普金森壓桿實驗知識，用ABAQUS有限元軟件建立了含石英晶體傳感器的霍普金森壓桿模型。調(diào)整石英晶體傳感器在透射桿中的位置，計算不同位置測得的電壓時程曲線，發(fā)現(xiàn)端部效應(yīng)的影響范圍為3倍桿徑以內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，采用控制變量法，分別改變子彈的撞擊速度、試樣的楊氏模量、試樣的直徑、試

3、樣的內(nèi)外徑比值等參數(shù)，計算了相應(yīng)的電壓時程曲線，確定了各參數(shù)對端部效應(yīng)的影響情況。接著以EPDM為試樣，實驗驗證了端部效應(yīng)影響隨子彈撞擊速度、試樣直徑、試樣內(nèi)外徑比值的變化情況。結(jié)合仿真和實驗的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)將試樣設(shè)計成直徑較大，內(nèi)外徑比值較大的環(huán)形可有效減小端部效應(yīng)影響。
　　基于以上研究結(jié)果，設(shè)計了合理的試樣尺寸，對3種型號道砟墊進(jìn)行了霍普金森壓桿實驗，得到了材料在1000s-1，2200 s-1和3500 s-1應(yīng)變率下的應(yīng)