分離式霍普金森壓桿
關注創建者：夜時雨 創建時間：2023-03-27
分離式霍普金森壓桿的視頻教程
SHPB（分離式霍普金森壓桿）理論講解與LSDYNA操作及后處理
本次課程主要講述分離式霍普金森壓桿技術的理論，如何獲取應變率、應變、應力。以及SHPB的基本假設和基本限制及注意事項。第二部分是講SHPB在LSDYNA中如何實現，方便今后大家進行SHPB的設計。最后講了下后處理的相關事宜。
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ANSYS/LS-dyna霍普金森壓桿SHPB沖擊壓縮-考慮圍壓及復合巖層沖擊
基于Ansys/LS-dyna動靜組合加載，復合巖石、巖石混凝土復合層、金屬材料SHPB分離式霍普金森壓桿模擬全過程視頻講解。 本課程模型包含子彈，整形器，桿，試件，對于單軸沖擊壓縮，圍壓加載，復合巖石沖擊。 應力應變曲線，應變率求解，三波法驗證等后處理操作步驟。 shpb專題手冊，包含軟件全部功能的講解，以shpb為例！
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LS-DYNA軸壓和圍壓下霍普金森壓桿SHPB動態壓縮模擬
采用LS-DYNA軟件進行軸壓和圍壓下霍普金森壓桿SHPB動態壓縮模擬，建模采用ANSYS19.0經典界面，后續導出K文件進行關鍵字設置。
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分離式霍普金森壓桿的實例教程
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常規仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內容。此外還提供了一個試樣應力應變數據處理表格和數據處理的視頻，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
常規霍普金森桿SHPB（仿真）結構
如圖所示，常規的SHPB仿真模型結構主要包含撞擊桿、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有關，反射次數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，使試樣呈現鼓狀產生非均勻變形并且軸向壓縮應力幅值增加。
展開 1.1.引言
autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發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后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網格-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，可以基于根據自己的需求先行獲得仿真結果完成主要目標，然后再根據插件生成的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 該工作所采用的我國首臺線陣式高速紅外測溫儀器，由北理工陳浩森、方岱寧課題組經過近三年（2014-2016）的刻苦攻關自主研制；結合西工大郭亞洲、李玉龍課題組在沖擊動力學實驗技術領域的優勢，經過近兩年（2017-2018）的合作研究，率先設計建立了基于分離式霍普金森壓桿的同步高速紅外測溫/高速光學非接觸變形測量平臺，為本文的研究奠定了堅實基礎。據悉，該團隊正在自主研制有望達到國際領先水平的超高時空分辨面陣式紅外測溫科學儀器。
圖1 自主研制的我國首臺線陣式高速紅外測溫儀
在沖擊載荷下，絕熱剪切帶被認為是材料失效的重要機理之一。自從Zener和Hollomon提出絕熱剪切局部過程是一種熱-塑性失穩后，許多研究者認為絕熱剪切帶是由于材料熱軟化與應變/應變率硬化之間的競爭導致的。此外，剪切帶內的材料再結晶表明絕熱剪切帶形成伴隨著溫度上升。因此，目前大部分學者認為溫度上升是導致絕熱剪切帶形成的主要因素。然而，這一普遍接受的認識還未得到實驗驗證，主要由于兩方面難題亟待解決：一是絕熱剪切對測溫儀器提出“兩高一寬”的要求，即高時間分辨（微秒級）、高空間分辨（十微米級）、寬測溫區間（近千度）；另一方面，需要搭建微秒級同步紅外測溫和光學測變形的實驗平臺，才能揭示絕熱剪切帶形成和溫度升高兩者之間的因果關系。
本文通過基于分離式霍普金森壓桿的同步高速紅外測溫/高速光學非接觸變形場測量實驗平臺，研究了絕熱剪切局部化過程中載荷、變形和溫度之間的時間關系。絕熱剪切局部化過程可以通過對比獲得的載荷變化、變形過程和溫度變化等重要信息進行描述。該團隊采用壓剪試樣（Shear-compression specimen），材料為工業二級純鈦，在試樣標距段區域的一側表面刻畫柵線標記試樣的變形，并通過最高5百萬幀頻的高速相機記錄試樣的變形過程。
展開 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力學特性。本例由以下免費教程霍普金森桿（SHPB）數值模擬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）數值模擬GUI逐步操作指南.pdf
SHPB仿真.avi
該團隊通過基于分離式霍普金森壓桿的同步高速紅外測溫/高速光學非接觸變形場測量實驗平臺,研究了絕熱剪切局部化過程中載荷、變形和溫度之間的時間關系。
通過對比獲得的載荷變化、變形過程和溫度變化等重要信息分析了絕熱剪切局部化過程。研究結果顯示，溫度升高發生在絕熱剪切帶萌生之后，這意味著溫升不是觸發絕熱剪切帶形成的原因，而是其導致的結果。這一研究表明傳統的解釋絕熱剪切帶形成的熱軟化機制需要被重新認識，而與之相關的數值分析方法也失去了其物理基礎。
該工作由西北工業大學（第一單位）、北京理工大學、美國北卡羅萊納大學（夏洛特）共同完成。北京理工大學方岱寧教授、陳浩森副教授擔任共同通訊作者。參與工作的還有我校研究生阮啟超、陸佳楠、胡博、吳習徽以及北京理工大學博士后朱盛鑫。
來源：西北工業大學、PRL、材料科學與工程公眾號
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分離式霍普金森壓桿的最新內容
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常規仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內容。
1.1.引言
autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發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后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網格-材料-接觸設置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程。
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 用于材料動態力學性能的測試，應變率范圍 10^2～10^4。SHP(T)B 實驗裝置的基本 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。1949 年Kolsky 將壓桿分成兩段，通過加速的質量塊、短桿撞擊或炸藥爆轟產生加速脈沖
霍普金森壓桿系統，霍普金森拉桿系統。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
在SHPB模擬中，通常需要去對材料定義合適的失效準則，使其模擬破碎情況與實際情況一致，這里涉及到失效參數的調試過程，需要進行大量的試算。本文主要將自己調試過程中得到的破碎效果進行總結（破碎圖對應k文件），給大家提供參數調整的思路，以期減少大家在調試過程中所花時間。
文件中包含幾十個SHPB破碎k文件，同時對于該案例的整體操作流程（包括軟件學習、入射波加載、數據處理）進行了非常詳細的總結，一起整理到附件中供大家參考
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的動態性能進行研究，利用二波法對波形數據進行處理，得出材料不同應變率的應力-應變曲線和應變率-時間曲線。
Abaqu霍普金森壓桿實驗仿真案例講解
<p>之前展示過SHPB壓縮和劈裂的相關模擬結果，在主頁成果展示也可查看。對劈裂模擬感興趣的可獲取附件的k文件。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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<p>霍普金森壓桿系統通常用于巖石、混凝土材料動力特性研究。有關SHPB數值模擬方法的相關教程比較常見，若對于模擬出巖石破碎形態感興趣，可參考以下附件。主要是接觸、邊界條件和材料失效的設置。如下圖，是主頁成果展示的相關k文件。對于成果展示的其他內容感興趣的，也可私信。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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在進行巖石類試驗時，由于巖石試件可能會突然斷裂，因此在試樣上貼應變片往往會產生不可避免的誤差，而SHPB試驗系統可以有效避免這一現象，因此被廣泛應用于巖土領域的動力學研究中。巖石的力學性質具有明顯的應變率效應，研究巖石的動態力學性能，能夠為精細化爆破、圍巖保護、優化爆破和支護參數提供依據，對高效破巖、改善破巖效果、提高巷道掘進速度以及保障煤礦井下安全有重要意義。
LS-DYNA軟件可以準確的模擬出這一實驗過程
