1、案例介紹 分離式霍普金森壓桿（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）主要用于研究材料在高應(yīng)變率（1e2～1e4?s^?1）下的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，如應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、應(yīng)變率效應(yīng)、溫度效應(yīng)以及失效模式等。 本案例主要介紹基于ABAQUS韌性金屬材料的SHPB常規(guī)仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內(nèi)容。

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(yīng)用場景及技術(shù)難點(diǎn)存在顯著差異。

一、 霍普金森桿介紹 霍普金森桿裝置，英文簡稱 SHP(T)B, Split Hopkinson Pressure(Tensile) Bar，主要 用于材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測試，應(yīng)變率范圍 10^2～10^4。SHP(T)B 實(shí)驗(yàn)裝置的基本 原型是 Hopkinson 在 1914 年提出的用于測量沖擊載荷的脈沖波形的壓桿裝置。

但是過去的Hopkinson 技術(shù)主要應(yīng)用在金屬及其合金材料上，這類材料拉壓特性基本對(duì)稱而且塑性變形能力較大，而復(fù)合材料由于其結(jié)構(gòu)的多變性，其阻抗、延展性等與金屬相差較大，故此裝置仍需要不斷的發(fā)展。

表1 GFRP與常見金屬材料的物理性能對(duì)比 研究材料的沖擊動(dòng)態(tài)性能常用的有落錘沖擊試驗(yàn)、泰勒沖擊試驗(yàn)、分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)（Split Hopkinson pressure bar，簡稱SHPB），本文將使用SHPB技術(shù)對(duì)GFRP的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究，利用二波法對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出材料不同應(yīng)變率的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和應(yīng)變率-時(shí)間曲線。

但熱彈性力學(xué)的興起要等到19世紀(jì)70年代，1873年Carl Wilhelm Borchardt (1817-1880, 德國數(shù)學(xué)家) 利用特殊積分求解了溫度任意分布的球體的溫度應(yīng)力問題，1874年霍普金斯（John Hopkinson，1849-1898，英國物理學(xué)家、電氣工程師，他的兒子Bertram Hopkinson發(fā)明了著名的霍普金森壓桿）求解了球面問題的溫度應(yīng)力問題；1905年Leon研究了空心圓柱體中的溫度應(yīng)力

霍普金森桿（Hopkinson bar）是1993年公布的力學(xué)名詞。

本文基于JC模型的Umat子程序?qū)崿F(xiàn)hopkinson壓桿的數(shù)值模擬，本文的一些參數(shù)設(shè)置和程序借鑒了盧劍鋒老師的碩士論文《沖擊載荷作用下材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)行為有限元模擬》，且沒有考慮溫度軟化。 裝配圖如下 JC模型的方程形式如下 試樣的材料參數(shù)如下 入力桿和出力桿使用線彈性材料，彈性模量和泊松比分別為200GPa和0.3。

上面所研究的柱身有整根石料做成，還是分成若干個(gè)圓柱體疊成，對(duì)于軸心受壓柱來說，考慮壓桿的整體穩(wěn)這就類似于現(xiàn)代鋼筋混凝土圓柱，盡管施工中需在柱的適當(dāng)高度設(shè)置施工縫分段澆制，但在設(shè)計(jì)中并不考慮這些施工縫的影響。