分離式霍普金森壓桿仿真的案例
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(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。此外還提供了一個(gè)試樣應(yīng)力應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變的方法：直接提取試樣應(yīng)力應(yīng)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(shí)為了進(jìn)行波形整形會(huì)使用整形器（整形片）。
SHPB基本力學(xué)過(guò)程：開(kāi)始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個(gè)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(duì)試樣進(jìn)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(guò)試樣進(jìn)入透射桿形成透射波（壓縮波）。
SHPB兩個(gè)基本假定：一維性應(yīng)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(yīng)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(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即試樣兩端相對(duì)應(yīng)力差足夠小。相對(duì)應(yīng)力差與阻抗比、應(yīng)力波在試樣中的反射次數(shù)有關(guān)，反射次數(shù)由試樣材料波速和試樣軸向長(zhǎng)度決定。此外，端面摩擦也會(huì)改變?cè)嚇討?yīng)力、應(yīng)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(yīng)力幅值增加。
展開(kāi) 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(kāi)發(fā)的分離式霍普金森壓桿（SHPB）全流程自動(dòng)仿真插件，具備在插件界面設(shè)置好參數(shù)后，一鍵全流程仿真，無(wú)需手動(dòng)輔助，自動(dòng)完成幾何-網(wǎng)格-材料-接觸設(shè)置-載荷-場(chǎng)輸出-歷史輸出等流程。
對(duì)于零基礎(chǔ)的初學(xué)者，本插件可以避免前期花費(fèi)大量時(shí)間的學(xué)習(xí)Abaqus相關(guān)流程，可以基于根據(jù)自己的需求先行獲得仿真結(jié)果完成主要目標(biāo)，然后再根據(jù)插件生成的CAE文件慢慢學(xué)習(xí)體會(huì)SHPB仿真流程，提高學(xué)習(xí)效率。
對(duì)于非初學(xué)者，本插件可以快速調(diào)整模型參數(shù)和工況設(shè)置，短時(shí)間內(nèi)進(jìn)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(gè)版本插件分別適用Abaqus2016~Abaqus2021，和Abaqus2022~Abaqus2025。使用教程見(jiàn)本文底部視頻。
展開(kāi) Abaqu霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)仿真案例講解
Abaqu霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)仿真案例講解
霍普金森拉桿壓桿
霍普金森拉桿 ALT1500 軟件簡(jiǎn)介
10.1. 操作界面(可自動(dòng)識(shí)別計(jì)算波形）
霍普金森桿數(shù)據(jù)分析軟件由阿基米德工業(yè)科技公司開(kāi)發(fā)，功能非常強(qiáng)大，可以同時(shí)計(jì)算得到動(dòng)態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率、應(yīng)變能、入射能、透射能、反射能、質(zhì)點(diǎn)速度、加速度（高 g 值）、試樣升溫、斷裂韌性，位移量、沖擊力、軸壓變化、圍壓變化、孔隙壓力變化、入射應(yīng)力應(yīng)變、透射應(yīng)力應(yīng)變、反射應(yīng)力應(yīng)變、巴西劈裂強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。
霍普金森(Hopkinson)桿實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)主要包括時(shí)間、入射電壓和透射電壓。數(shù)據(jù)分析程序?qū)υ紨?shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要功能有：
1. 根據(jù)圖像中的曲線圖手動(dòng)抓取入射波/透射波的起始位置，并分離出所需時(shí)間區(qū)間的所有數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)特定的計(jì)算方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并自動(dòng)識(shí)別入射波/透射波的起始位置，并分離出所需時(shí)間區(qū)間的所有數(shù)據(jù)。
3. 可實(shí)現(xiàn)移波操作，即當(dāng)入射波和透射波的起始位置有偏差時(shí)，可對(duì)入射波或透射波的數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)，以使兩者的起始位置對(duì)齊。
4. 針對(duì)有效時(shí)間區(qū)間的入射電壓和透射電壓，依據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)變率、應(yīng)力、應(yīng)變能和高 G 值等參數(shù)。
5. 針對(duì)給定的數(shù)據(jù)列表，可按平面曲線的方式顯示指定的映射關(guān)系。默認(rèn)條件下，以時(shí)間數(shù)據(jù)表示橫坐標(biāo)值，其他數(shù)據(jù)列作為縱坐標(biāo)值。
6. 可對(duì)映射曲線的顯示風(fēng)格進(jìn)行編輯，包括線型、線寬、顏色、顯示間隔，節(jié)點(diǎn)符號(hào)的形狀、大小、顏色、顯示間隔等等。
7. 可對(duì)坐標(biāo)軸、注釋框、圖形邊框等元素的風(fēng)格進(jìn)行編輯，包括坐標(biāo)軸的名稱(chēng)、顯示范圍的數(shù)據(jù)區(qū)間，注釋框的顯示位置、是否隱藏邊框，圖形邊框是否隱藏、網(wǎng)格輔助線是否顯示等屬性。
8. 可實(shí)現(xiàn)圖形/圖像的縮放、移動(dòng)、抓取、位圖轉(zhuǎn)換等功能。
展開(kāi) 
霍普金森壓桿拉桿測(cè)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(chǔ)，不同性能的材料都可以用我們提供的設(shè)備進(jìn)行測(cè)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(jī)：
? 超低溫霍普金森壓桿拉桿，最低溫度達(dá)-196℃
? 超高溫霍普金森壓桿拉桿，最高溫度達(dá)1000℃
璐暢通公司被譽(yù)為當(dāng)今世界上沖擊力學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)和誠(chéng)信、可靠的合作伙伴，是沖擊力學(xué)性能領(lǐng)域的先驅(qū)者。始終在沖擊力學(xué)的精確測(cè)量、控制、加載、自動(dòng)化、應(yīng)用軟件等領(lǐng)域中保持著領(lǐng)先地位。可以為特殊客戶(hù)推出的解決特殊的非標(biāo)準(zhǔn)方案，具體包括：測(cè)試材料的各類(lèi)應(yīng)變特性，在各類(lèi)環(huán)境及各類(lèi)不同實(shí)驗(yàn)條件下的沖擊性能。
展開(kāi) （k文件）霍普金森壓桿劈裂SHPB試驗(yàn)-LS-DYNA軟件 ￥75
<p>之前展示過(guò)SHPB壓縮和劈裂的相關(guān)模擬結(jié)果，在主頁(yè)成果展示也可查看。對(duì)劈裂模擬感興趣的可獲取附件的k文件。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<div>
<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/202110/1a2ca54f342a42e798ba16e740595a70.png" title="QQ截圖20211024173422_副本.png" alt="QQ截圖20211024173422_副本.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/1a2ca54f342a42e798ba16e740595a70.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/1a2ca54f342a42e798ba16e740595a70.png?image_process=/format,webp/quality,q_40"
展開(kāi) 基于LS-DYNA的SHPB霍普金森壓桿模擬巖石破壞形態(tài)
事實(shí)上，SHPB數(shù)值模擬建模較為容易，但在進(jìn)行仿真時(shí)，往往受限于損傷本構(gòu)模型而無(wú)法直接模擬出巖石試件的破壞形態(tài)。這就需要引入單元侵蝕準(zhǔn)則，關(guān)于這一關(guān)鍵字可以在我以往帖子中或關(guān)鍵字手冊(cè)中詳細(xì)了解。我們可以根據(jù)試樣在沖擊時(shí)的受力模式，針對(duì)性的添加單元侵蝕準(zhǔn)則，從而可以模擬出真實(shí)的巖樣破碎形態(tài)。動(dòng)態(tài)壓縮和劈裂的模擬結(jié)果展示如下：
（1）動(dòng)態(tài)壓縮
（2）動(dòng)態(tài)劈裂
另外，SHPB模擬也應(yīng)注重入射波的整形問(wèn)題，盡量避免矩形波的出現(xiàn)，我們可以通過(guò)建立紡錘形彈體或變截面入射桿來(lái)將入射波整形為標(biāo)準(zhǔn)的半正弦波。事實(shí)上，目前更流行的是直接對(duì)入射桿端面加載自己試驗(yàn)打出來(lái)的波形，這樣反而更能真實(shí)地模擬出自己試驗(yàn)時(shí)的三波波形。
展開(kāi) （k文件）SHPB動(dòng)態(tài)壓縮模擬破碎形態(tài)-LS-DYNA霍普金森壓桿 ￥75
<p>霍普金森壓桿系統(tǒng)通常用于巖石、混凝土材料動(dòng)力特性研究。有關(guān)SHPB數(shù)值模擬方法的相關(guān)教程比較常見(jiàn)，若對(duì)于模擬出巖石破碎形態(tài)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(shè)置。如下圖，是主頁(yè)成果展示的相關(guān)k文件。對(duì)于成果展示的其他內(nèi)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(kāi) LS-DYNA霍普金森壓桿循環(huán)沖擊和動(dòng)態(tài)劈裂（SHPB）
（1）巖石動(dòng)態(tài)劈裂試驗(yàn)
在進(jìn)行霍普森壓桿試驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)入射波進(jìn)行整形，將矩形波轉(zhuǎn)化半正弦波。在數(shù)值分析時(shí)，可以通過(guò)加載入射波曲線到入射桿端面的方法對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬，這樣不僅簡(jiǎn)化了建模過(guò)程，而且保證了入射波與試驗(yàn)入射波完全一樣，能得到最真實(shí)的仿真結(jié)果。
采用面面侵蝕接觸，接觸剛度取默認(rèn)值，動(dòng)靜摩擦系數(shù)取0。得到的動(dòng)態(tài)劈裂模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合。桿端由于應(yīng)力集中產(chǎn)生了三角形壓碎區(qū)，試樣中部發(fā)生拉伸破壞。
（2）巖石循環(huán)沖擊試驗(yàn)
在循環(huán)沖擊時(shí)，彈速通常較小，試樣是不會(huì)破壞的，因此應(yīng)力應(yīng)變曲線在達(dá)到峰值后會(huì)回彈。
模擬循環(huán)沖擊可以使用完全重啟動(dòng)或Dynain文件法。兩種方法各有優(yōu)劣，完全重啟動(dòng)要求較苛刻，很容易報(bào)錯(cuò)，難以調(diào)試出來(lái)，因此更建議使用Dynain文件法。但Dynain文件法的缺點(diǎn)是無(wú)法繼承損傷變量，即損傷無(wú)法累積，不過(guò)HJC模型通常配合失效準(zhǔn)則使用，我們不會(huì)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(shuō)明利用Dynain文件成功地實(shí)現(xiàn)了多次沖擊。而透射波隨著沖擊次數(shù)的增加逐漸減小，這是因?yàn)閹r樣在前一次沖擊后內(nèi)部產(chǎn)生了裂紋（損傷累積）。
綜上所述，LS-DYNA軟件可以對(duì)SHPB相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行模擬。另外，半正弦波整形技術(shù)也可以通過(guò)建立紡錘形彈體實(shí)現(xiàn)（不建議設(shè)置整形器，操作相對(duì)復(fù)雜，且容易發(fā)生穿透和波形震蕩現(xiàn)象）。
展開(kāi) ANSYS/LS-DYNA基于SHPB霍普金森壓桿案例的試件破碎調(diào)試過(guò)程（干貨） ￥50
在SHPB模擬中，通常需要去對(duì)材料定義合適的失效準(zhǔn)則，使其模擬破碎情況與實(shí)際情況一致，這里涉及到失效參數(shù)的調(diào)試過(guò)程，需要進(jìn)行大量的試算。本文主要將自己調(diào)試過(guò)程中得到的破碎效果進(jìn)行總結(jié)（破碎圖對(duì)應(yīng)k文件），給大家提供參數(shù)調(diào)整的思路，以期減少大家在調(diào)試過(guò)程中所花時(shí)間。
文件中包含幾十個(gè)SHPB破碎k文件，同時(shí)對(duì)于該案例的整體操作流程（包括軟件學(xué)習(xí)、入射波加載、數(shù)據(jù)處理）進(jìn)行了非常詳細(xì)的總結(jié)，一起整理到附件中供大家參考。
基于ABAQUS【高溫】霍普金森桿SHPB的Johnson-Cook金屬鋁仿真 ￥25
<p>案例介紹基于ABAQUS【高溫】霍普金森桿SHPB的Johnson-Cook金屬鋁仿真，首先比較【完全熱固耦合】和【一般動(dòng)態(tài)顯式分析】?jī)煞N分析類(lèi)型結(jié)果異同，然后進(jìn)一步分析【不同溫度下JC金屬鋁】反射波、透射波曲線特點(diǎn)。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202511/attachment/10b9d7fac12043bca001cb95b3fb9381.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202511/attachment/10b9d7fac12043bca001cb95b3fb9381.png" style="" width="694" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202511/attachment/10b9d7fac12043bca001cb95b3fb9381.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202511/attachment/10b9d7fac12043bca001cb95b3fb9381.png?
展開(kāi) 
Workbench Ls-Dyna 參數(shù)化霍普金森桿(SHPB)沖擊仿真-2D ￥30
<p>上一篇文章介紹了霍普金森桿（SHPB）沖擊的3D仿真，采用的1/4軸對(duì)稱(chēng)模型。本文繼續(xù)介紹該案例的2D仿真流程，采用軸對(duì)稱(chēng)模型，并于上一案例結(jié)果對(duì)比。一般來(lái)說(shuō)，2D軸對(duì)稱(chēng)模型相比于3D實(shí)體模型，計(jì)算速度更快，精度更高，但是適用面窄，只能用于界面為圓形的試樣及桿件。本案例軟件版本為Ansys Workbench 2021 R2。</p><p>1. 案例介紹</p><p>入射桿、透射桿、撞擊桿、試樣均為圓柱形，按照下圖排列。入射桿、投射桿的中間位置裝用應(yīng)變傳感器，撞擊桿以一定的軸向速度撞擊入射桿，獲取沖擊后一定時(shí)間內(nèi)入射桿上的入射波和反射波應(yīng)變相應(yīng)，以及透射桿上的透射波應(yīng)變響應(yīng)。
展開(kāi) 基于ABAQUS的反射式霍普金森拉桿SHTB仿真（附.cae.inp） ￥15
1 問(wèn)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(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，相比于直接式SHTB，反射式SHTB結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于改造，但需要對(duì)結(jié)果進(jìn)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(lái)，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(kāi)始撞擊桿以一定速度撞擊透射桿，在透射桿形成一個(gè)傳播的壓縮載荷脈沖，壓縮波從透射桿主要通經(jīng)過(guò)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(duì)試樣進(jìn)行拉伸加載，承壓環(huán)不承受拉力，拉伸脈沖一部分進(jìn)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(guò)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(huì)進(jìn)入試樣引起試樣的壓縮變形。因此需要對(duì)承壓環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(kāi) Workbench Ls-Dyna 參數(shù)化霍普金森桿(SHPB)沖擊仿真-3D ￥30
Ls-Dyna則是動(dòng)態(tài)沖擊仿真領(lǐng)域的先驅(qū)者和領(lǐng)導(dǎo)者。</p><p> 本文通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單案例介紹通過(guò)Workbench Ls-Dyna軟件完成霍普金森桿沖擊的一般流程。在Workbench界面下，不僅僅可完成Ls-Dyna的絕大部分前處理，還能方便的在圖形界面下實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化仿真。本例采用的軟件版本為Ansys Workbench 2021 R2。</p><p>1. 案例介紹</p><p> 入射桿、透射桿、撞擊桿、試樣均為圓柱形，按照下圖排列。入射桿、投射桿的中間位置裝用應(yīng)變傳感器，撞擊桿以一定的軸向速度撞擊入射桿，獲取沖擊后一定時(shí)間內(nèi)入射桿上的入射波和反射波應(yīng)變相應(yīng)，以及透射桿上的透射波應(yīng)變響應(yīng)。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"> </p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202211/f70512be63ae4835bd60bfeb6a2bc215.png" title="圖片2.png" alt="圖片2.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202211/f70512be63ae4835bd60bfeb6a2bc215.png?
展開(kāi) 基于ABAQUS的直接式霍普金森拉桿SHTB仿真（附.cae.inp） ￥15
1 問(wèn)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(chǎng)景及技術(shù)難點(diǎn)存在顯著差異。許多實(shí)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(dòng)態(tài)拉伸載荷能更真實(shí)地模擬材料在高速拉伸狀態(tài)下的失效行為，彌補(bǔ)壓桿試驗(yàn)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(yàn)裝置結(jié)構(gòu)，SHTB裝置入射桿的加載端通過(guò)螺栓連接傳遞法蘭，撞擊桿設(shè)計(jì)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(gè)拉伸載荷脈沖。試樣與入射桿、透射桿通過(guò)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(shí)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(gè)拉伸載荷脈沖。仿真時(shí)可采用兩種載荷加載方法：撞擊桿法是模擬試驗(yàn)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(duì)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(guān)系：
（1）撞擊桿長(zhǎng)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(zhǎng)度， Cb 為桿件波速， ρb桿件密度。
展開(kāi) 