基于shpb的岩石动态力学性能研究综述

《基于shpb的岩石动态力学性能研究综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于SHPB的岩石动态力学性能研究综述李丹，戚炜炜(安徽新华学院土木与环境工程学院)摘要：SHPB作为材料动态力学性能研究的主要实验装置，于1914年研制发展至今，经众多学者不断改进实验技术，丰富实验应用范围，实验技术成熟并广泛应用，但其实验精度、数据弥散、尺寸效应等问题还有待进一步探讨。岩石作为重要的工程材料，其静态力学性能研究已趋于完善，而动态力学性能成果不足，亟待研究。不少相关研究人员借助SHPB实验研究其动态力学性能。关键词：SHPB；岩石；动态力学性能中图分类号：0442文献标识码：A1.SHPB的发展历史SHPB实验装置的

2、历史可以追溯到1914年，由Hopkinson［l］提出SHPB(splitHopkinsonpressureBar)装置的原型，但当时仅能用来测量冲击荷载的脉冲波形。1949年Kolsky等人对该装置进行了改进，提出了采用分离式Hopkinson压杆技术来测量材料在冲击荷载作用下的应力一应变关系［2］;1974年Lindholm提出在两杆的表面测量应变代替电容传感器的测量［3］。最近十几年，众多学者在拓宽SHPB实验研究领域的基础上，结合实际及科研工作的要求，对SHPB实验装置进行针对性的改进，以满足不同材料的测试需要。例如：于亚伦

3、［4］利用三轴SHPB实验装置，对岩石的动载特性、破坏机理及微观损伤机理进行了研究并建立相应的木构方程。VeHeySen［5］推荐直径为25mm的铝杆，进行脆性材料冲击压缩试验；Tabaka［6］设计的杆式拉伸装置，将过去直接拉伸发展成为间接拉伸；薛青［7］对传统的Hopkinson扭杆进行改进，实现了单脉冲加载。Zhao［8］提出粘弾性SHPB技术，并对软材料动态力学性能进行研究。随着计算机技术发展，数据分析处理更加方便，SHPB实验装置应用也得到迅速发展，学者们陆续利用SHPB研宄了许多问题，如试样尺、？、端部的摩檫效应、数据釆集

4、、波分离特性、横向惯性效应等等。近一二十年来，欧美等国家相继出现/Φ50mm，Φ76mm，Φ100mm杆径的SHPB装置，我国在二十世纪80年代由中科院力学所率先引进SHPB装置，至今己有十多家国内相关单位购置了不同尺汴的SHPB装置，如总参三所(Φ100mm)、中国矿业大学(Φ74mm)及中国科学技术大学变截面直径Φ74mm和Φ50mm的SHPB装置。他们不仅利用SHPB实验测量材料的动态应力一应变关系，还将SHPB实验技术用于其他领域，例如：用于高G值加速度传感器的标定，火工

5、品的安全性、可靠性的检测，以及炸药材料的压剪起爆临界点的测定［9】。由于SHPB试验是一个近似试验，不少学者在实验技术修正方面也做了不少努力，如Follansbee、Frantz、王永刚、胡吋肿、刘剑飞等。尽管研究成果颇多，但由于动态实验技术和材料动态力学性能本身的复杂性，使得人们对于这一实验技术的认识还不尽相同，这己成为制约SHPB实验技术进一步发展特别是向标准化发展的主要原因，这个闲扰的解决还有赖于将来对SHPB实验技术的深入研究。2.SHPB技术在岩石动态力学性能研究的应用随着爆破、民防、军工研究工作的不断深入，人们越来越迫切需

6、要得到岩石的动态力学参数，B前在岩石力学领域中，对岩石在静载作用下的破坏的研究比较深透，而对动载作用下特别是高应变率下的岩石破坏研究不足。国内外科研工作者把SHPB技术引入岩石动态性能测试中，并幵展了大量的开创性工作。例如：喻勇［10］利用Hopkinson拉杆研究了岩石拉抻破坏中的能量及损伤特征。戚承志［11］对弹塑性孔隙介质在冲击偏应力张量作用下的行为进行了研究。席道瑛等［12］对SHPB试验得到的实测波形运用拉格朗H分析和路径方法获得了大理岩和砂岩动态本构关系。Shan等［13］用SHPB试验研究了岩石单轴冲击过程的本构特性，得

7、出岩石的冲击疲一应变曲线在峰值前具有明显的跃进性。刘剑飞等［14］利用预留间隙法对岩石材料实施了高应变率动态试验，研究了岩石材料在动态和静态重复加载条件下的力学行为和泊松比。谢和平等［15】从热力学角度出发，结合岩石损伤力学与断裂力学的研究，阐述了岩石变形破坏过程中的能量耗散特点。由于岩土材料是最典型的孔隙介质，利用SHPB技术进行其动态力学性能研宄还存在很多问题，例如：大尺T试样所带来的应力平衡、均匀化与波形弥散问题；试样在应力平衡前的过早破坏问题；试样的恒应变率加载与变形问题等。3.展望在这半个多世纪，SHPB实验技术取得了成功

8、的应用，未来研究更大尺寸的SHPB装置已经成为必然，此外还可以拓宽SHPB装置的应用范围，如研究金属在高温条件下的应变率特性，合成材料、高分子材料的动态特性的研究，固体结晶的研究等等。为加强SHPB实验的精确度，需对影响