霍普金森壓桿試驗的案例
技術研究｜霍普金森桿對玻纖增強材料（GFRP）的動態壓縮性能研究
在這些應用中，GFRP材料可能會受到沖擊載荷作用，在沖擊載荷下材料往往表現出與準靜態試驗下不同的物理特性，即材料物理性能具有應變率相關性，材料的強度隨著應變率的升高而增大。
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。
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來表征GFRP的動態壓縮性能。
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。
展開 （k文件）霍普金森壓桿劈裂SHPB試驗-LS-DYNA軟件 ￥75
<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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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 霍普金森拉桿壓桿
統一基準：由專有技術拼合成的分段組合式導軌，可任意接長或縮短，具有側向和平面高精度統一基準，可使發射系統（包括各種炮管）、桿系（各種桿徑）在同一基準下任一位置調試安裝，極大節約調試時間，操作方便，提高試驗精度。
9. 標準模塊化：無論發射系統、中心支撐裝置，還是導軌，全部采用標準模塊化結構。無論你需要什么樣的拉桿試驗設備，都可通過數量增減而達到試驗要求，易于推廣。
10. 擴展性：系統具有很強的擴展性。可以加測速，高溫，圍壓，三點彎，剪切等各種不同條件下的測試，可以在在導軌上增加一臺輔助設備（高精度磨頭變頻動力驅動、短直線導軌副、桿件旋轉動力機構等），即可解決長桿磨削問題；增加各種直徑桿件的單次加載裝置等試驗項目不加什么就很容易實現；緩沖裝置可移位等。
四、 具體工程應用：
可以進行不同桿徑，不同圍壓，不同溫度和壓縮，彎曲，拉伸及剪切測試等，具體設計根據客戶要求。一般有如下應用：
1. 用同步組裝系統進行高溫、高應變率耦合作用下材料動態力學性能的測試;
2. 在 Hopkinson 拉桿技術中實現單脈沖加載及其在動態損傷力學中的應用;
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. 其他動態沖擊力學方面的應力應變測試
展開 
霍普金森壓桿拉桿測試
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、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，在各類環境及各類不同實驗條件下的沖擊性能。
展開 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 Abaqu霍普金森壓桿實驗仿真案例講解
Abaqu霍普金森壓桿實驗仿真案例講解
利用ABAQUS的VUMAT子程序模擬霍普金森（Hopkinson）桿試驗
然后按照實際試驗的尺寸，建立如下模型：
注意，入射桿和透射桿也要如實建立模型。
? 計算結果
按照上面的方法，調用VUMAT，得到入射桿和透射桿應變的結果如下：
不同應變率下的應力應變關系如下所示：
上面的結果趨勢和教材以及文獻的結果都是符合的，說明我們本構的編寫和數據的處理都是有效的。
如此的假期不易得，知識和技術更不易得。加油吧，在家橫躺的少年。
最后，有仿真需求歡迎大家通過“320科技工作室”微信公眾號聯系我們。
LS-DYNA霍普金森壓桿循環沖擊和動態劈裂（SHPB）
（1）巖石動態劈裂試驗
在進行霍普森壓桿試驗時，需要對入射波進行整形，將矩形波轉化半正弦波。在數值分析時，可以通過加載入射波曲線到入射桿端面的方法對試驗進行模擬，這樣不僅簡化了建模過程，而且保證了入射波與試驗入射波完全一樣，能得到最真實的仿真結果。
采用面面侵蝕接觸，接觸剛度取默認值，動靜摩擦系數取0。得到的動態劈裂模擬結果與試驗結果吻合。桿端由于應力集中產生了三角形壓碎區，試樣中部發生拉伸破壞。
（2）巖石循環沖擊試驗
在循環沖擊時，彈速通常較小，試樣是不會破壞的，因此應力應變曲線在達到峰值后會回彈。
模擬循環沖擊可以使用完全重啟動或Dynain文件法。兩種方法各有優劣，完全重啟動要求較苛刻，很容易報錯，難以調試出來，因此更建議使用Dynain文件法。但Dynain文件法的缺點是無法繼承損傷變量，即損傷無法累積，不過HJC模型通常配合失效準則使用，我們不會用到損傷變量，不影響仿真。
圖中所示為多次沖擊下的波形圖。三次沖擊下的入射波曲線完全重合，說明利用Dynain文件成功地實現了多次沖擊。而透射波隨著沖擊次數的增加逐漸減小，這是因為巖樣在前一次沖擊后內部產生了裂紋（損傷累積）。
綜上所述，LS-DYNA軟件可以對SHPB相關試驗進行模擬。另外，半正弦波整形技術也可以通過建立紡錘形彈體實現（不建議設置整形器，操作相對復雜，且容易發生穿透和波形震蕩現象）。
展開 ANSYS/LS-DYNA基于SHPB霍普金森壓桿案例的試件破碎調試過程（干貨） ￥50
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。
基于LS-DYNA的SHPB霍普金森壓桿模擬巖石破壞形態
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，目前在學術論文中非常常見，關于相關的教學資料也較多。事實上，SHPB數值模擬建模較為容易，但在進行仿真時，往往受限于損傷本構模型而無法直接模擬出巖石試件的破壞形態。這就需要引入單元侵蝕準則，關于這一關鍵字可以在我以往帖子中或關鍵字手冊中詳細了解。我們可以根據試樣在沖擊時的受力模式，針對性的添加單元侵蝕準則，從而可以模擬出真實的巖樣破碎形態。動態壓縮和劈裂的模擬結果展示如下：
（1）動態壓縮
（2）動態劈裂
另外，SHPB模擬也應注重入射波的整形問題，盡量避免矩形波的出現，我們可以通過建立紡錘形彈體或變截面入射桿來將入射波整形為標準的半正弦波。事實上，目前更流行的是直接對入射桿端面加載自己試驗打出來的波形，這樣反而更能真實地模擬出自己試驗時的三波波形。
展開 
（k文件）SHPB動態壓縮模擬破碎形態-LS-DYNA霍普金森壓桿 ￥75
<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%">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202110/528e2464aace4e2c826b804aa354f4a2.png" title="QQ截圖20211014094328.png" alt="QQ截圖20211014094328.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/528e2464aace4e2c826b804aa354f4a2.png?
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。
霍普金森桿數據處理軟件（福利！） ￥1.5
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、三波法數據……
3、拉壓試驗數據、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：
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，結果導入LS-prepost進行后處理，時間有限，只上傳K文件，視頻后續考慮上傳，付費1塊錢純屬娛樂，有購買的朋友可聯系本人。聯系方式見后。
