霍普金森的案例
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(jié)構(gòu)
直接式霍普金森拉桿（SHTB）一種結(jié)構(gòu)形式如上圖所示。相比于常規(guī)壓縮試驗裝置結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(chǎn)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。
展開 科技前沿 | 材料動態(tài)力學測試——霍普金森桿實驗
利用霍普金森桿拉伸實驗，該研究所成功采集到了材料試件在動態(tài)荷載下的應力-應變曲線，有助于材料的數(shù)值模擬，助力材料的工程應用和工程設計。
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(chǎn)品宣示著公司輝煌的業(yè)績：
? 超低溫霍普金森壓桿拉桿，最低溫度達-196℃
? 超高溫霍普金森壓桿拉桿，最高溫度達1000℃
璐暢通公司被譽為當今世界上沖擊力學領域的先驅(qū)和誠信、可靠的合作伙伴，是沖擊力學性能領域的先驅(qū)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?？梢詾樘厥饪蛻敉瞥龅慕鉀Q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 LS-DYNA霍普金森拉桿模擬 ￥19.98
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(chǎn)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(jié)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
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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(jié)構(gòu)簡單、易于改造，但需要對結(jié)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(jié)構(gòu)
反射式SHTB結(jié)構(gòu)基于SHPB改造而來，除具備常規(guī)SHPB結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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 霍普金森拉桿壓桿
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
技術研究 | 霍普金森桿在高分子復合材料動態(tài)力學性能中的應用
普金森拉桿原理圖
動態(tài)剪切試驗
復合材料的動態(tài)剪切試驗一般是通過對試樣的合理設計，利用霍普金森桿壓桿實現(xiàn)剪切變形，這種裝置與壓桿裝置相似，通過壓縮間接地實現(xiàn)對復合材料的剪切變形，得到復合材料的剪切應變率、應力-應變關系。
用于動態(tài)剪切測試的霍普金森桿
總結(jié)
利用霍普金森桿裝置可對各種復合材料的動態(tài)壓縮、拉伸、剪切等性能作全面詳細的測試，依據(jù)測試結(jié)果分析復合材料的應變率行為。從下圖可以明顯的看出玻纖／環(huán)氧復合材料隨著應變率的提高，其破壞強度也逐漸提高，這表明它是一種應變率敏感材料。
玻纖／環(huán)氧復合材料的動態(tài)壓縮曲線
國高材分析測試中心
霍普金森桿設備能力介紹
應變速率：>100/s(由試件尺寸和材料決定)
發(fā)射速度：3-40m/s
采集頻率：~10MHz
驅(qū)動裝置：空氣壓縮機0.1-4Mpa
測試溫度：-70～800℃
試件尺寸：d10*5mm
炮筒長度：2000mm
應變測量：應力波計算或高速相機
執(zhí)行標準： GJB 8374-2015 金屬材料動態(tài)拉伸試驗方法、 GB/T 34108-2017 高應變速率室溫壓縮試驗方法、 GB/T 7314-2017 金屬材料 室溫壓縮試驗方法
展開 霍普金森桿（SHPB）劈拉模擬 ￥2
利用改進后的分離式霍普金森壓桿裝置,采用沖擊件對混凝土試件沿徑向進行沖擊速度加載,研究混凝土試件在高應變率下的動態(tài)力學特性。本例由以下免費教程霍普金森桿（SHPB）數(shù)值模擬GUI逐步操作指南(抗壓模擬)衍生而來，本例子詳細K文件見下。
1466931051499_霍普金森桿（SHPB）數(shù)值模擬GUI逐步操作指南.pdf
SHPB仿真.avi
基于ABAQUS的分離式霍普金森壓桿SHPB仿真（附.cae.inp） ￥15
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變率（1e2～1e4?s^?1）下的動態(tài)力學行為，如應力-應變關系、應變率效應、溫度效應以及失效模式等。
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。此外還提供了一個試樣應力應變數(shù)據(jù)處理表格和數(shù)據(jù)處理的視頻，包含兩種獲得試樣應力應變的方法：直接提取試樣應力應變的直接法和基于入射桿透射桿三波曲線的間接法。
2、SHPB原理
常規(guī)霍普金森桿SHPB（仿真）結(jié)構(gòu)
如圖所示，常規(guī)的SHPB仿真模型結(jié)構(gòu)主要包含撞擊桿、入射桿、透射桿、試樣，有時為了進行波形整形會使用整形器（整形片）。
SHPB基本力學過程：開始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個向正方向傳播的入射波（壓縮波），入射波從入射桿傳遞到試樣并對試樣進行壓縮，入射波一部分在入射桿與試樣界面反射形成反向傳播的反射波（拉伸波），另一部分通過試樣進入透射桿形成透射波（壓縮波）。
SHPB兩個基本假定：一維性應力狀態(tài)和均勻性假定。一維性要求桿件及試樣共軸，并減小橫向慣性引起的幾何彌散效應的影響。一般選擇合適的桿直徑，采用整形器可有效減小幾何彌散。均勻性要求試樣達到動態(tài)平衡，即試樣兩端相對應力差足夠小。相對應力差與阻抗比、應力波在試樣中的反射次數(shù)有關，反射次數(shù)由試樣材料波速和試樣軸向長度決定。此外，端面摩擦也會改變試樣應力、應變狀態(tài)，使試樣呈現(xiàn)鼓狀產(chǎn)生非均勻變形并且軸向壓縮應力幅值增加。
展開 技術研究｜霍普金森桿對玻纖增強材料（GFRP）的動態(tài)壓縮性能研究
表1 GFRP與常見金屬材料的物理性能對比
研究材料的沖擊動態(tài)性能常用的有落錘沖擊試驗、泰勒沖擊試驗、分離式霍普金森壓桿試驗（Split Hopkinson pressure bar，簡稱SHPB），本文將使用SHPB技術對GFRP的動態(tài)性能進行研究，利用二波法對波形數(shù)據(jù)進行處理，得出材料不同應變率的應力-應變曲線和應變率-時間曲線。
02分析與討論
2.1應力-應變曲線
常溫20℃下GFRP材料不同試樣尺寸的應力應變關系如圖2~圖3，其中圖3應變率為500/s的曲線因為氣壓較小撞擊桿速度較低，導致試樣為發(fā)生大的變形而破壞，最終只有部分壓縮曲線。從兩圖可以看出曲線均有抖動的現(xiàn)象，這是因為試驗過程中，無法完全滿足霍普金森試驗的理論假設—一維應力波假設，出現(xiàn)了波彌散，使得最終曲線抖動異常。同時抖動幅度不是很大，可以近似假設波在桿中沒有散射。GFRP材料兩種尺寸的應力應變關系曲線都經(jīng)歷了彈性階段、強化階段和最后的應變軟化階段，因此同樣可用彈性模量、屈服強度、壓縮強度及最大強度對應的應變等參數(shù)來表征GFRP的動態(tài)壓縮性能。
圖2 試樣φ5.6mm*5mm應力-應變曲線
圖3 試樣φ5.6mm*10mm應力-應變曲線
表3是兩種尺寸試樣的不同應變率下的壓縮強度對比，可以看出GFRP材料的壓縮強度隨著應變率的增大而增加，說明了常溫20℃下GFRP材料對應變率敏感，在高應變率下表現(xiàn)為應變強化效應。
表3不同應變率壓縮強度對比
03應變率分析
霍普金森試驗的另一個假設是試驗過程中恒應變率。從φ5.6mm*5mm和φ5.6mm*10mm兩種尺寸的應變率曲線可以看出，試驗過程中應變率均為達到恒定。其中圖4試樣尺寸的長徑比小于1，試驗過程中應變率波動大，但平均來說保持在一個水平上。
展開 基于abaqus三維霍普金森桿的模擬
基于<a href="/major/abaqus三維霍普金森桿的模擬
1.背景
道路等應用巖石工程是國民經(jīng)濟建設的基礎性工程之一，是社會發(fā)展進步的重要支撐。然而，在開挖過程中，變形、破壞等災害嚴重影響了圍巖的穩(wěn)定性。通過研究巖石在3D應力狀態(tài)下的變形規(guī)律，可以得到巷道的變形破壞機制，對于防災和指導工程實施具有重要意義。準靜態(tài)條件下巖石材料在單一應力和復雜應力的加載下，其力學性能和變形特性已經(jīng)研究的比較充分，然而在復雜應力狀態(tài)下，尤其是具有沖擊擾動下的巖石變形和強度特性研究的很少。
2.有限元模型
根據(jù)實驗室現(xiàn)有的三維霍普金森桿裝置進行簡易建模。
2.1發(fā)射系統(tǒng)：撞擊桿尺寸：外徑40mm*400一支。
2.2桿件：X軸方向：入射桿長2000mm，透射桿長2000mm，吸收干長2000mm，各一支；Y軸方向：圍壓桿長：1500mm，2支；Z軸方向：圍壓桿長：1500mm，2支；桿件采用高強鋼，經(jīng)過熱處理，屈服強度不小于900MPa，桿件為方形桿，截面為50mm*50mm。
2.3.試樣尺寸：50mm*50mm*50mm。
2.4具體部件：
3.任務
觀察試樣在三軸應力狀態(tài)下，沿著某一個方向沖擊的材料動態(tài)響應。
4.abaqus模擬過程
4.1 創(chuàng)建部件：先創(chuàng)建三個方向的桿件和試樣。
4.2 材料屬性：
桿件和撞擊桿的材料是鋼：密度7850kg/m3 、楊氏模量和泊松比分別為：210Gpa、0.3。
試樣材料：密度3000kg/m3、楊氏模量和泊松比分別為：210Gpa、0.3。
70Gpa、0.27。塑性屈服應力：100Gpa、塑性應變?yōu)?。
4.3裝配：把試樣裝配在6根桿正交的中心。
4.4分析步：選擇靜力通用。
4.5相互作用：選擇表面與表面接觸。
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(SHPB)數(shù)值模擬GUI逐步操作教程
用截圖方式逐步演示
霍普金森桿（SHPB）數(shù)值模擬GUI逐步操作指南.pdf
SHPB霍普金森桿K文件 ￥1.99
1117.avi
分離式霍普金森桿實驗技術是研究中高應變率下材料力學性能的最主要、可靠的實驗方法，是爆炸與沖擊動力學實驗技術的重要組成部分。APDL建模（其他CAD模型均可），導入LS-prepost進行前處理，利用ANSYS/LS_DYNA進行求解，結(jié)果導入LS-prepost進行后處理，時間有限，只上傳K文件，視頻后續(xù)考慮上傳，付費1塊錢純屬娛樂，有購買的朋友可聯(lián)系本人。聯(lián)系方式見后。
霍普金森桿劈裂試樣數(shù)值模擬k文件 ￥18.8
霍普金森桿劈裂巖石試樣數(shù)值模擬。
入射桿長度為1200mm，反射桿長度為1000mm，直徑50mm，試樣直徑50mm，厚度為25mm。
