分离式霍普金森压杆实验技术数值模拟

论文题目: 分离式霍普金森压杆实验技术数值模拟

论文类型: 硕士论文

论文专业: 固体力学

作者: 董钢

导师: 杨伯源,巫绪涛

关键词: 试验装置,数值模拟,波传播弥散,试样早期应力均匀,波形整形器,试样初始缺陷

文献来源: 合肥工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 分离式Hopkinson压杆(简称SHPB)实验装置是测量材料动态力学特性的基本实验装置。随着SHPB实验技术应用领域的拓宽,对SHPB实验设备和实验精度的要求日益提高,分析基于传统SHPB实验假定的试验精度,改进和优化SHPB实验技术就显得尤为迫切。数值模拟在这方面发挥着越来越重要的作用。本文应用Ansys/Ls-dyna有限元平台建立了SHPB实验装置的三维有限元模型,着重从单元选取、沙漏控制、最小时间步、网格划分、接触设置以及初始加载等几方面讨论了有限元模拟的可靠性。建立有效的数值模型后,本文对SHPB实验技术中若干关键问题进行了数值模拟分析。主要包括如下内容: 1、分析了单元的划分对碰撞模拟的影响,提出针对SHPB实验装置几何模型的特点,网格划分时必须控制单元的径向尺寸和纵向尺寸的比例关系。 2、讨论了子弹、压杆和试样之间接触设置问题,指出接触刚度是影响模拟真实性的一个重要因素,尤其在试样与压杆的接触设置中,接触刚度对接触面应力应变的计算结果比较敏感。 3、使用直接在入射杆子弹撞击端加矩形速度波形可以模拟子弹的的撞击,并应用该方法研究了不同波形在SHPB实验中的效应。 4、杆径、材料泊松比,压杆变截面对波的弥散影响问题。得到500mm子弹撞击φ14.5mm、φ37mm、φ100mm的压杆波传播到不同位置处的弥散的上升沿时,分析上述因素对波传播弥散的影响。 5、考察了试样压杆阻抗比和不同波形对试样早期应力应变均匀性的影响,完成了从给定材料性能的数值模拟到利用模拟结果重构材料的性能的一个循环过程,为建立数值模拟在SHPB实验技术中应用的标准化过程打下基础。 6、研究了波形整形器的几何尺寸和材料参数对波的整形影响,波形整形器的直径和材料的杨氏模量对波的上升沿时有显著影响,而波形整形器的厚度和强化模量对波形曲率有明显影响。 7、试样加工的质量对试样的影响。试样的不平整度对试样二维效应影响明显;试样表面初始缺损会形成应力集中造成试样过早的损伤破坏。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

致谢

第一章：绪论

1.1 材料动态力学性能的测试方法

1.2 数值模拟在SHPB实验技术中的应用

1.3 本文工作背景及主要内容

第二章：SHPB实验技术

2.1 实验装置

2.2 一维弹性波理论与SHPB实验原理

2.3 传统SHPB实验存在的问题与进展

第三章：SHPB实验数值模拟方法

3.1 有限元方法

3.2 数值模拟平台—Ansys/ls-dyna商用软件

3.3 有限元模型

第四章：SHPB实验技术若干问题的数值分析

4.1 应力波在弹性压杆中传播的弥散分析

4.2 试样早期应力应变不均匀性的影响

4.3 波形整形器对波形改造效果分析

4.4 试样表面缺陷及与压杆不均匀接触分

第五章：全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

发布时间: 2006-01-13

参考文献

[1].残余应力和缺陷对小冲杆试样断裂破坏影响的数值模拟[D]. 王耀刚.华东理工大学2013
[2].分离式霍普金森压杆实验技术的改进和应用[D]. 赵习金.中国人民解放军国防科学技术大学2003
[3].微型试样高温蠕变试验系统设计[D]. 纪桢哲.广西大学2004
[4].微型试样液压鼓胀法测试材料力学性能的研究[D]. 马昀晟.华东理工大学2013
[5].ABS环形试样疲劳开裂行为的研究[D]. 周皇卫.四川大学2007
[6].Al2O3/Ti3SiC2复合材料的制备、结构及性能研究[D]. 潘丽青.西安建筑科技大学2012

分离式霍普金森压杆实验技术数值模拟

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