摘要本课题志在完成一种可以用于软材料动态力学性能测试的霍普金森拉杆设备的方案设计、三维结构设计以及夹具设计等等工作。

   首先通过查阅文献对霍普金森杆的原理和软材料测试中的技术难点进行了一系列的综述。然后通过一些理论计算确定了霍普金森拉杆系统的杆径范围及其它性能参数。接着进行了拉伸式发射系统的结构设计，设计了可调节中心架、基座、缓冲器等结构部件。最后，完成了霍普金森拉杆系统的总体装配。本文设计的拉杆系统具有可扩展性强、结构紧凑等优点，为软材料的动态力学测试提供了必要的硬件支撑。

关键词  软材料  霍普金森拉杆  高应变率

毕业设计说明书外文摘要

Title    Design of SHTB System for Soft Material Testing

Abstract：This project mainly completes the design, the three-dimensional structure design and the fixture design of the SHTB device for the dynamic mechanical performance test of soft materials.

   First of all, through a review of the literature on the principle of Hopkinson rod and soft material testing in the technical difficulties of a series of reviews.Then the structural design of the tensile transmission system is designed, and the structural parts such as adjustable center frame, base and buffer are designed.And finally completed the overall assembly of the Hopkinson rod system.The design of the rod system has the advantages of strong expansibility and compact structure, which provides the necessary hardware support for the dynamic mechanical testing of soft materials.

Keywords  Soft material  SHTB  High strain rate

目   次

1  引言 1

1.1  SHPB的历史 1

1.2  软材料的霍普金森拉杆实验  1

1.2.1  软材料实验国内的研究现状  2

1.2.2  软材料实验国外的研究现状  2

1.3  本文的研究内容及目的  2

2  传统霍普金森拉杆实验技术 3

2.1  简介 3

2.2  实验原理及过程  3            

2.3  本方案相对于传统霍普金森拉杆技术的一些改进5

3  分离式霍普金森拉杆概述 7

3.1  SHTB实验装置 7

3.1.1  发射系统7

3.1.2  杆系统 7

3.2  弹性杆中一维应力波的传播 7

3.3  两弹性杆的相互撞击 9

3.4  SHTB系统的组成及其原理 11

3.5  SHTB实验技术的基本原理 12

4  SHTB实验装置的硬件系统 14

4.1  总装图 14

4.2  拉杆系统 14

4.3  夹具系统 14

4.4  发射装置 15

4.5  套筒固定系统16

4.6  基础导轨 17

4.7  缓冲装置 17

结论  18

致谢  19

参考文献  20

1  引言

   研究材料在高应变率加载下的力学响应，对结构的设计以及材料的研究都是有极其重要的意义的。在结构的设计中，要思考的是在实际运用之中机构各部分所需达到的不同应变率的范围以及温度范围的一些要求，故而要懂得随着加载应变率的改变，材料的力学性能是怎样改变的。

   传统的液压伺服系统在进行准静态实验的时候其应变率是在1s-1以下的，如果是用常规的加载机构，那么即使是经过特殊设计其应变率也只能达到100s-1。为了获得更高的应变率，那就需要使用其它的测试手段。

1.1  SHPB的历史

   Hopkinson[1,2]发表了两篇有关铁丝拉伸断裂的文章，详细的介绍了波在铁丝中的传播理论。他的实验内容主要是把垂直放置的铁丝其顶端固定，而底端则是通过一个自由落体的质量块来输入一个拉应力的脉冲。在实验的过程中，他是以质量块的质量以及速度为变量，通过对它们的改变来实现不同的加载条件，并且还要看铁丝是以怎样的方式被拉断的：是通过入射波在加载段直接强行拉断铁丝，还是通过反射波在固定端来拉断铁丝。观察结果得出结论，那就是后者所需要的质量块速度仅为前者的一半。