霍普金森杆实验技术

本书从基本原理出发，系统介绍霍普金森杆实验技术及其应用与前沿发展，综合国内外学者在霍普金森杆实验领域的创造性贡献以及作者在这个领域工作的成果和经验，旨在尽可能系统、全面地介绍霍普金森杆所涉及的各种加载技术、测试手段以及相应的数据处理方法。全书共8章。第1章为霍普金森杆实验技术发展历史和现状简介；第2章介绍应力波基础理论与分离式霍普金森压杆基本原理；第3章和第4章分别从加载和测试技术两个方面介绍霍普金森杆的相关技术；第5～8章介绍基于霍普金森杆的拉伸、压剪、断裂和拓展加载技术。本书可供从事材料动态力学研究及相关领域工作的科技工作者参考，可以使读者能够在较短的时间内全面了解相关研究和进展，正确使用分离式霍普金森杆实验技术，并获得可靠的实验数据。

前言
第1章 霍普金森杆实验技术发展简史 1
1.1 研究背景 1
1.2 Hopkinson父子开创性的工作 2
1.3 Davies在压力波传播及波形检测方面的工作 4
1.4 Kolsky奠基性的工作 8
1.5 霍普金森杆技术的研究与进展 11
1.6 霍普金森杆技术的发展展望 15
参考文献 16
第2章 应力波基础理论与分离式霍普金森压杆基本原理 23
2.1 弹性应力波控制方程与波传播 23
2.1.1 弹性波控制方程 23
2.1.2 两弹性杆的共轴撞击 25
2.1.3 弹性波在物质界面的反射和透射 27
2.2 横向惯性引起的弥散效应 29
2.3 分离式霍普金森压杆实验技术 30
2.3.1 分离式霍普金森压杆实验技术的基本原理 30
2.3.2 杆中应变测试 32
2.3.3 实验数据处理 36
2.3.4 试样的设计原则 37
2.4 试样与实验杆端面的摩擦效应 38
2.4.1 端面摩擦效应 38
2.4.2 端面摩擦效应理论分析 39
2.5 小结 43
参考文献 44
第3章 霍普金森杆实验中的加载控制技术 46
3.1 入射波整形技术 46
3.1.1 问题的提出 46
3.1.2 整形器技术的实验研究 47
3.1.3 人射波形的理论预估 52
3.1.4 异形子弹整形技术 58
3.2 单脉冲加载与试样变形控制技术 61
3.2.1 单脉冲加载技术 61
3.2.2 应变冻结技术 64
3.3 可控多脉冲加载技术 65
3.3.1 实验原理 65
3.3.2 延时时间间隔确定 67
3.3.3 加载-卸载-再加载实验 68
3.4 不同温度环境下的霍普金森杆实验技术 70
3.4.1 高温加载 70
3.4.2 低温加载 74
3.4.3 温度加载实验中的接触热传导 76
3.5 围压作用下的霍普金森杆实验技术 79
3.5.1 套筒围压加载 79
3.5.2 液压油加载 83
3.6 小结 89
参考文献 89
第4章 霍普金森杆实验中的测试技术 94
4.1 石英晶体压应力测试技术 94
4.1.1 晶体的压电效应 94
4.1.2 石英的压电效应 95
4.1.3 石英压电晶体在分离式霍普金森压杆中的应用 97
4.2 石英压电晶体剪应力测试技术 103
4.2.1 Y切石英晶体的纯模方向分析 104
4.2.2 Y切石英晶体很优切型分析 107
4.2.3 Y切石英晶体动态系数标定 109
4.3 铌酸锂压电晶体及其剪应力测试应用 111
4.3.1 铌酸锂晶体特性概述 111
4.3.2 铌酸锂工作原理及剪应力计设计分析 112
4.3.3 铌酸锂剪应力计的测试分析 117
4.4 激光光通量位移计 122
4.4.1 基本原理及装置 123
4.4.2 系统标定 123
4.4.3 系统应用 124
4.5 同步高速摄影结合数字图像相关技术 127
4.5.1 数字相关计算 128
4.5.2 实验方法 132
4.5.3 典型实验结果 136
4.6 温度测量技术 136
4.6.1 热电偶测温 136
4.6.2 热电阻测温 137
4.6.3 红外测温 139
4.7 小结 146
参考文献 146
第5章 霍普金森杆拉伸加载技术 151
5.1 霍普金森杆直接拉伸加载实验 151
5.1.1 实验原理 151
5.1.2 韧性材料的直接拉伸 153
5.1.3 脆性材料的直接拉伸 157
5.2 反射式霍普金森拉杆技术 159
5.2.1 实验原理 159
5.2.2 反射式拉伸实验数据处理 160
5.3 平台巴西实验实现拉伸加载 164
5.3.1 巴西实验技术 164
5.3.2 平台巴西实验技术 166
5.3.3 加载过程中FBD试样表面的应变分布 168
5.3.4 激光光通量位移计测试应变 172
5.3.5 应力-应变曲线 175
5.4 半圆盘三点弯实验实现拉伸加载 177
5.4.1 半圆盘三点弯实验技术 177
5.4.2 SCB拉伸试样表面的应变分布 178
5.4.3 应力历史曲线 181
5.5 小结 182
参考文献 182
第6章 分离式霍普金森压剪杆 185
6.1 实验装置 185
6.2 试样受载分析 186
6.3 实验装置的应力分析 188
6.3.1 入射杆应力状态 188
6.3.2 试样应力状态 191
6.3.3 透射杆应力状态 194
6.3.4 小结 197
6.4 压缩应力测试 197
6.4.1 压缩应力测试方法 197
6.4.2 压缩应力测试方法的有效性分析 198
6.4.3 压缩应力测试的误差分析 199
6.5 压缩应变测试 201
6.5.1 压缩应变测试方法 201
6.5.2 压缩应变测试方法的有效性分析 202
6.5.3 压缩应变测试的误差分析 205
6.6 剪切应力测试 206
6.6.1 剪切应力测试方法 206
6.6.2 剪切应力测试方法的有效性分析 207
6.6.3 剪切应力测试的误差分析 211
6.7 剪切应变测试 213
6.7.1 剪切应变测试方法 213
6.7.2 剪切应变测试方法的有效性分析 215
6.7.3 剪切应变测试的误差分析 217
6.8 压剪加载实验试样的构型优化 218
6.8.1 类平面应力构型 218
6.8.2 类平面应力构型合理性验证 220
6.8.3 装置非对称性讨论 225
6.9 小结 226
参考文献 226
第7章 基于霍普金森杆的动态断裂实验 227
7.1 应力强度因子的确定 228
7.1.1 应变片法 228
7.1.2 光学测试方法 230
7.1.3 分析法 234
7.1.4 实验-数值法（动态有限元法） 238
7.2 起裂时间的确定 239
7.2.1 应变片监测起裂时间 240
7.2.2 断裂计监测起裂时间 241
7.2.3 高速摄影监测起裂时间 242
7.2.4 分析法确定起裂时间 243
7.3 基于压缩加载的动态断裂实验 247
7.3.1 单点弯实验 247
7.3.2 三（四）点弯实验 251
7.3.3 楔形加载紧凑拉伸实验 257
7.3.4 紧凑压缩实验 258
7.3.5 巴西圆盘类实验 260
7.4 基于拉伸加载的动态断裂实验 265
7.4.1 直接拉伸加载断裂实验 265
7.4.2 反射式拉伸加载断裂实验 269
7.5 小结 270
参考文献 270
第8章 霍普金森杆实验技术拓展应用 277
8.1 用霍普金森杆实现中应变率加载实验 277
8.1.1 实验系统 279
8.1.2 实验误差分析 281
8.1.3 实验结果 283
8.2 基于霍普金森杆的纯剪实验 284
8.2.1 改变试样构型实现剪切加载 284
8.2.2 改进霍普金森杆的杆系结构实现剪切加载 285
8.2.3 霍普金森扭杆技术 287
8.3 基于霍普金森杆的动态摩擦实验 289
8.3.1 基于霍普金森扭杆的动态摩擦实验 289
8.3.2 基于霍普金森压剪杆的动态摩擦实验 297
8.4 其他拓展实验 301
8.4.1 高g值加速度传感器的校准 301
8.4.2 火工品过载评价 304
8.4.3 安全性研究 307
8.4.4 基于霍普金森杆的动态挤压 310
8.4.5 基于霍普金森杆的动态切削 311
8.5 小结 314
参考文献 315