Split-Hopkinsonův tlakový bar - Split-Hopkinson pressure bar

The Split-Hopkinsonův tlakový bar, pojmenoval podle Bertram Hopkinson, někdy také nazývaný Kolsky bar, je zařízení pro testování dynamiky stres –kmen odezva materiálů.

Dějiny

Hopkinsonův tlakový bar poprvé navrhl Bertram Hopkinson v roce 1914[1] jako způsob měření šíření stresového pulzu v kovové tyči. Později, v roce 1949 Herbert Kolsky[2] rafinovaná Hopkinsonova technika pomocí dvou Hopkinsinových tyčí v sérii, nyní známých jako split-Hopkinsonova tyčinka, pro měření stresu a napětí, zahrnující pokroky v katodový paprsek osciloskop ve spojení s elektrickými kondenzátorovými jednotkami pro záznam šíření tlakových vln v tlakových tyčích, jak je propagováno Rhisiart Morgan Davies o rok dříve v roce 1948.[3]

Pozdější úpravy umožnily testování v tahu, tlaku a kroucení.

Úkon

Přestože se v současné době pro tlakovou lištu Split-Hopkinson používá různá nastavení a techniky, základní principy testu a měření jsou stejné. Vzorek je umístěn mezi konce dvou přímých pruhů, nazývaných incident bar a přenášená lišta.[4] Na konci dopadajícího pruhu (v určité vzdálenosti od vzorku, obvykle na vzdáleném konci), a stresová vlna je vytvořen, který se šíří přes tyč směrem ke vzorku. Tato vlna se označuje jako dopadající vlna, a po dosažení vzorku se rozdělí na dvě menší vlny. Jedním z nich je přenášená vlna, cestuje vzorkem a do přeneseného pruhu, což způsobuje plastická deformace ve vzorku. Druhá vlna, zvaná odražená vlna, se odráží od vzorku a cestuje zpět dolů po dopadající liště.[5]

Většina moderních instalací používá tenzometry na tyčích k měření napětí způsobeného vlnami. Za předpokladu, že deformace ve vzorku je rovnoměrná, lze napětí a přetvoření vypočítat z amplitud dopadajících, přenášených a odražených vln.[6]

Testování komprese

Pro testování komprese jsou dva symetrické pruhy umístěny v sérii, přičemž vzorek je mezi nimi. Během testování je dopadající lišta zasažena úderníkem. Úderník je vystřelen z plynové zbraně. Přenesená tyč se srazí s pastí hybnosti (obvykle blok měkkého kovu). Tenzometry jsou namontovány na dopadající i přenášené tyče.[6]

Zkouška tahem

Zkouška tahem v tlakové liště Split Hopkinson (SHPB) je složitější kvůli různým metodám zatěžování a připevnění vzorku k nárazové a přenosové tyči.[7] První napínací tyč byla navržena a otestována Hardingem a kol. v roce 1960; návrh zahrnoval použití duté závaží, která byla připojena k jho a závitovému vzorku uvnitř závaží. Tahová vlna byla vytvořena nárazem na tyč s beranem a odrazem počáteční tlakové vlny jako tahové vlny od volného konce[8] Další průlom v konstrukci SHPB provedl Nichols, který použil typické nastavení komprese a závitové kovové vzorky na obou koncích dopadu a přenosu, zatímco na vzorek umístil kompozitní límec. Vzorek těsně přiléhal na straně dopadu a přenosu, aby obešel počáteční kompresní vlnu. Nastavení Nicholse by vytvořilo počáteční kompresní vlnu nárazem na konci incidentu s útočníkem, ale když kompresní vlna dosáhla vzorku, vlákna by se nenačetla. V ideálním případě by kompresní vlna prošla kompozitním límcem a pak se v tahu odrazila od volného konce. Vlna v tahu by pak přitáhla vzorek.[7] Další způsob nakládání způsobil revoluci v Ogawě v roce 1984. K naražení příruby, která je zakončena závitem na dopadající tyč, byl použit dutý úderník. Tento útočník byl poháněn buď plynovou pistolí nebo rotujícím diskem. Vzorek byl opět připevněn k incidentu a přenosové tyči pomocí závitů.[9]

Zkouška krutem

Stejně jako u zkoušek tahem existuje celá řada metod pro upevnění a zatížení vzorků při vystavení materiálů kroucení na SHPB.

Jeden způsob použití načítání se nazývá uložený točivý moment metoda zahrnuje upnutí střední části dopadající tyče, zatímco na volný konec je aplikován točivý moment. Dopadající vlna je vytvořena náhlým uvolněním svorky, která vysílá torzní vlnu směrem k vzorku.[5]

Další technika načítání známá jako nakládání výbušnin používá výbušné nálože na volném konci pruhu incidentu k vytvoření vlny dopadu. Tato metoda je obzvláště citlivá na chyby, protože každý náboj musí aplikovat stejný impuls na dopadající tyč (k vytvoření čisté torze bez ohýbání) a musí oba současně explodovat. Je nepravděpodobné, že by výbušné zatížení produkovalo čisté dopadající vlny, které by mohly způsobit nerovnoměrnost rychlosti deformace po celou dobu zkoušky. Tato metoda má však tu výhodu, že má velmi malou dobu náběhu ve srovnání s metodou uloženého točivého momentu.[10]

Viz také

Reference

  1. ^ B. Hopkinson, „Metoda měření tlaku vytvářeného při detonaci vysoce výbušnin nebo dopadem střel,“ Philos. Trans. R. Soc. (Londýn) A, 213, s. 437–456, 1914.
  2. ^ Kolsky, H. (1949). "Zkoumání mechanických vlastností materiálů při velmi vysokých rychlostech zatížení". Proc. Phys. Soc. B. 62 (11): 676. doi:10.1088/0370-1301/62/11/302.
  3. ^ RM Davies, „Kritická studie Hopkinsonovy tlakové tyče“ Philos. Trans. R. Soc. (London) A, 240, s. 375–457, 1948.
  4. ^ G. T. Gray, „Classic Split Hopkinson Pressure Bar Technique“ ASM V8 Mechanical Testing (1999) 17–20
  5. ^ A b A. Gilat, Y.H. Pao, "Test vysoké rychlosti dekrementální deformace", Exp. Mech. 28 (1988) 322–325
  6. ^ A b Alireza Bagher Shemirani, R. Naghdabadi, M. Ashrafi, „Experimentální a numerická studie výběru správných tvarovačů pulzu pro testování konkrétních vzorků děleným Hopkinsonovým tlakovým tyčovým zařízením“, Constr. Stavět. Mater. 125, (2016), 326–336, doi:10.1016 / j.conbuildmat.2016.08.045
  7. ^ A b T. Nicholas, „Tahové zkoušky materiálů při vysokých rychlostech namáhání“, Exp. Mech. 21 (1981) 177–188
  8. ^ J. Harding, E. O. Wood a J. D. Campbell, „Zkouška tahem materiálů při nárazové rychlosti“, Journal of Mechanical Engineering Science 2 (1960) 88–96
  9. ^ K. Ogawa, „Zkouška komprese rázového napětí s použitím tyče Split-Hopkinson“, Exp. Mech. 24 (1984) 81–86
  10. ^ A. Gilat, „Torsional Kolsky Bar Testing“, ASM Handbook 8 (2000) 505–515

Externí odkazy na teorii a praxi Split Hopkinson Bar