霍普金森拉桿的案例
基于ABAQUS的直接式霍普金森拉桿SHTB仿真（附.cae.inp） ￥15
1 問題介紹
霍普金森拉桿（Split-Hopkinson Tension Bar, SHTB）相比于與傳統(tǒng)的霍普金森壓桿（Split-Hopkinson Pressure Bar, SHPB），兩者的加載方式、應用場景及技術難點存在顯著差異。許多實際工況（如碰撞、爆炸）中材料可能承受高速拉伸載荷（如撕裂、韌性斷裂），直接施加動態(tài)拉伸載荷能更真實地模擬材料在高速拉伸狀態(tài)下的失效行為，彌補壓桿試驗的局限性。
本案例將介紹韌性材料的直接式霍普金森拉桿原理及其Abaqus仿真方法。
2.1 SHTB原理
直接式霍普金森拉桿SHTB（仿真）結構
直接式霍普金森拉桿（SHTB）一種結構形式如上圖所示。相比于常規(guī)壓縮試驗裝置結構，SHTB裝置入射桿的加載端通過螺栓連接傳遞法蘭，撞擊桿設計為套筒結構，套裝在入射桿上，套筒撞擊桿以一定速度撞擊傳遞法蘭，在入射桿加載端形成一個拉伸載荷脈沖。試樣與入射桿、透射桿通過連接結構固定，連接方式有螺紋連接、粘膠連接以及卡具連接等。
實際SHTB裝置是套筒撞擊桿以一定速度撞擊傳遞法蘭，在入射桿加載端形成一個拉伸載荷脈沖。仿真時可采用兩種載荷加載方法：撞擊桿法是模擬試驗基于撞擊桿撞擊產生加載載荷，等效載荷法，顧名思義是直接對入射桿加載端面施加等效加載載荷。
以下給出撞擊桿尺寸、速度與等效載荷脈寬、峰值換算關系：
（1）撞擊桿長度 Lst 與載荷脈寬τi：
（2）撞擊桿速度V0與載荷峰值σi：
其中， Lst 為撞擊桿長度， Cb 為桿件波速， ρb桿件密度。
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霍普金森桿實驗經(jīng)常用于材料的動態(tài)力學響應研究，本例子通過LS-DYNA實現(xiàn)某金屬材料霍普金森拉桿仿真。
1、工況及關鍵字設置
霍普金森拉桿實驗裝置包括彈體、入射桿、樣件、投射桿和吸收桿組成。本案例為了簡化模擬，霍普金森拉桿僅包括入射桿、樣件和投射桿，具體如下圖所示。彈體撞擊入射桿產生沖擊波通過實驗獲取，并通過*LOAD_SEGMENT設置。樣件與入射桿和投射桿件采用共節(jié)點設置，樣件為某鋁合金，材料模型選取Johnson-cook模型，桿采用elastic模型。
2、仿真結果
波形圖
應力應變云圖，可以看出實驗出現(xiàn)了多次加載。
塑性應變云圖
展開 基于ABAQUS的反射式霍普金森拉桿SHTB仿真（附.cae.inp） ￥15
1 問題介紹
反射式霍普金森拉桿（SHTB）是在常規(guī)霍普金森壓桿（SHPB）基礎上改進而來，相比于直接式SHTB，反射式SHTB結構簡單、易于改造，但需要對結果進行必要的數(shù)據(jù)修正。
本案例將介紹韌性材料的反射式霍普金森拉桿原理及其Abaqus仿真方法。
1.1.SHTB原理
反射式霍普金森拉桿SHTB（仿真）結構
反射式SHTB結構基于SHPB改造而來，除具備常規(guī)SHPB結構的撞擊桿、入射桿，還需要在拉伸試樣外圍加上與入射桿、透射桿相配合的承壓環(huán)。并且反射式SHTB的入射桿、透射桿與常規(guī)SHPB位置相反。開始撞擊桿以一定速度撞擊透射桿，在透射桿形成一個傳播的壓縮載荷脈沖，壓縮波從透射桿主要通經(jīng)過承壓環(huán)傳遞到入射桿，并在入射桿自由端反射形成拉伸波，此拉伸波為試樣的拉伸加載脈沖。拉伸加載脈沖對試樣進行拉伸加載，承壓環(huán)不承受拉力，拉伸脈沖一部分進入透射桿形成透射波，一部分反射回入射桿形成反射波。試樣與入射桿、透射桿通過連接結構固定，連接方式有螺紋連接以及卡具連接等方式。
由于承壓環(huán)受到壓縮變形，部分壓縮波會進入試樣引起試樣的壓縮變形。因此需要對承壓環(huán)進行設計，使其承受壓縮波的主要部分，使試樣幾乎不變形或者只發(fā)生彈性變形。
展開 霍普金森壓桿拉桿測試
霍普金森壓桿系統(tǒng)，霍普金森拉桿系統(tǒng)。基于這種基礎，不同性能的材料都可以用我們提供的設備進行測試及制備。在璐暢通，有以下產品宣示著公司輝煌的業(yè)績：
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璐暢通公司被譽為當今世界上沖擊力學領域的先驅和誠信、可靠的合作伙伴，是沖擊力學性能領域的先驅者。始終在沖擊力學的精確測量、控制、加載、自動化、應用軟件等領域中保持著領先地位。可以為特殊客戶推出的解決特殊的非標準方案，具體包括：測試材料的各類應變特性，在各類環(huán)境及各類不同實驗條件下的沖擊性能。
展開 
霍普金森拉桿壓桿
在 Hopkinson 拉桿技術中實現(xiàn)單脈沖加載及其在動態(tài)損傷力學中的應用;
3. 用 Hopkinson 拉桿加載三點彎曲試樣測定材料的動態(tài)起裂韌性;
4. 用 Hopkinson 拉桿技術對高 g 值加速度傳感器進行 g 值校準；
5. 快速落刀的應力應變測試
6. 真三軸圍壓及假三軸圍壓時的霍普金森拉桿拉桿測試
7. 其他動態(tài)沖擊力學方面的應力應變測試
Johnson-Cook本構參數(shù)的重要性（轉載）
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Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數(shù)；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經(jīng)研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發(fā)表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業(yè)有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準確性，因此必須對材料J-C模型參數(shù)進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數(shù)。
展開 Johnson-Cook本構模型及材料數(shù)據(jù)庫的介紹（轉載）
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數(shù)；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經(jīng)研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發(fā)表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業(yè)有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準確性，因此必須對材料J-C模型參數(shù)進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數(shù)。
圖 1 Johnson-Cook模型應用實例
南京智能制造研究院正致力于建設全面的Johnson-Cook材料數(shù)據(jù)庫，目前已擁有上千種不同牌號的數(shù)據(jù)，如有需要請聯(lián)系洽談。
圖2 Johnson-Cook材料數(shù)據(jù)示例
展開 Johnson-Cook本構在仿真中的應用（轉載）
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Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數(shù)；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經(jīng)研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發(fā)表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業(yè)有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準確性，因此必須對材料J-C模型參數(shù)進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數(shù)。
展開 Johnson-Cook本構參數(shù)其重要性（轉載）
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Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數(shù)；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經(jīng)研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發(fā)表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業(yè)有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準確性，因此必須對材料J-C模型參數(shù)進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數(shù)。
展開 Johnson-Cook本構模型及參數(shù)重要性（轉載）
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Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數(shù)；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經(jīng)研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發(fā)表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業(yè)有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準確性，因此必須對材料J-C模型參數(shù)進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數(shù)。
展開 Johnson-Cook本構在仿真中的應用與重要性（轉載）
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Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數(shù)；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經(jīng)研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發(fā)表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業(yè)有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準確性，因此必須對材料J-C模型參數(shù)進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數(shù)。
展開 
基于有限元軟件的刀具切削仿真應用
Johnson、Cook 等學者對OFHC銅、Armco鐵、4340鋼 等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結果對比，標定了12種材料的Johnson-Cook本構模型的參數(shù)；提出了考慮大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進行驗證。[2]
02 全過程仿真流程
用戶可使用神工坊高性能仿真平臺進行刀具切削全過程仿真，通過web端即可享受“PC式高性能體驗”，使用超算硬件資源和海量軟件資源開展仿真工作，高效快速地進行研究。
以下仿真過程針對刀具切削過程中變形與摩擦集中的區(qū)域。
一、使用「圖形應用」進行前處理
為了使仿真研究的針對性更強，有限元分析效率更高，故將正交切削模型進行簡化。將刀具簡化為刀尖模型，設置刀具前角為10°，刀具后角為10°；將工件簡化為15mm×5mm×1mm的長方體模型。
簡化后的仿真模型
網(wǎng)格劃分
材料屬性設置塑性（Johnson-Cook）、熱傳導率、剪切損傷、比熱等材料行為。
二、使用「仿真應用」進行仿真求解
將前處理過程的設置生成為inp文件后，使用神工坊高性能仿真平臺「仿真應用」進行計算，后將inp文件提交至計算資源中。
仿真求解過程
因仿真過程涉及熱力耦合，條件較為復雜，故使用192核心進行計算，共用時11h13min完成計算。
神工坊高性能仿真平臺計算時間
同時使用PC電腦進行計算，對比兩者完成時間。計算過程使用電腦CPU的全部24核心進行，共用時46h27min完成計算。
PC電腦配置
PC電腦計算時間
相較于傳統(tǒng)的PC電腦和個人工作站，使用神工坊高性能仿真平臺能夠顯著縮短時間，實現(xiàn)更高效的仿真任務。
展開 Abaqus霍普金森壓桿仿真插件：autoSHPB_V2.2 ￥58
1.1.引言
autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發(fā)的分離式霍普金森壓桿（SHPB）全流程自動仿真插件，具備在插件界面設置好參數(shù)后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網(wǎng)格-材料-接觸設置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程。
對于零基礎的初學者，本插件可以避免前期花費大量時間的學習Abaqus相關流程，可以基于根據(jù)自己的需求先行獲得仿真結果完成主要目標，然后再根據(jù)插件生成的CAE文件慢慢學習體會SHPB仿真流程，提高學習效率。
對于非初學者，本插件可以快速調整模型參數(shù)和工況設置，短時間內進行大批量SHPB仿真工作，極大提高效率。
由于Abaqus版本變化，附件提供兩個版本插件分別適用Abaqus2016~Abaqus2021，和Abaqus2022~Abaqus2025。使用教程見本文底部視頻。
展開 霍普金森桿
霍普金森桿跑出來透射波非常小，而且入射和反射波幾乎一樣。
霍普金森桿數(shù)據(jù)處理軟件（福利！） ￥1.5
給大家介紹一個基于Matlab GUI的開源的SHPB數(shù)據(jù)處理軟件，非常好用，強烈推薦！！
部分功能：
1、自動對齊三波起點
2、一鍵導出
工程應力-應變
真實應力-應變
工程、真實應變率
作用力、速度
二波法、三波法數(shù)據(jù)……
3、拉壓試驗數(shù)據(jù)、操作簡單
該軟件已由本號“原點仿真”進行了漢化，漢化版入門使用教程見下面視頻：
