三维霍普金森杆冲击加载装置研制

With the urgent needs of high-speed triaxial impact test equipment for testing the dynamic material properties of materials under triaxial impact, this project intends to develop the world-first three dimensional (3D) Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) for triaxial dynamic tests. The key issues need be resolved for such an equipment include: 1) precise control to synchronize the arrival of triaxial impact waves to the test specimen and precise control to maintain the amplitudes of pressure waves in three directions; 2) the stability, usability and repeatability of the test device, 3) theories and technologies to process and interpret the triaxial dynamic test data. Successful development of this equipment not only means the birth of the world-first triaxial impact test device, but also allows testing of dynamic material properties under triaxial impact loads. This will lead to safer and economic designs of building structures to against shock and impact loads.

本项目针对复杂应力状态下工程材料动态强度测试对真三维高速冲击加载装置的迫切需求，在一维霍普金森杆加载装置的基础上，研制世界上首台三维霍普金森杆冲击加载装置。通过对霍普金森加载杆、入射杆、反射杆以及各个接触断面的巧妙设计，实现对试件三个方向的同步与等波形，等幅值冲击加载；通过三维霍普金森杆装置支架及各部分粗调、微调系统的设计，解决试验装置的稳定性、试验操作的简单性和试验的可重复性等关键问题；通过研究传感器的优化布置，建立压缩波和剪切波的采集与后处理方法，建立试验数据处理技术。三维霍普金森杆冲击加载装置的成功研制，使得获取工程材料的多维动态强度成为可能，为建立工程材料高应变率及复杂应力下的强度模型，提高建筑结构抗爆炸冲击设计的安全性与经济性，奠定了试验基础。

本项目在一维霍普金森杆理论及加载装置的基础上，研制出三维霍普金森杆冲击加载实验系统。建立一套调整三根入射杆端面与加载杆端面平行、同步接触的调节装置， 能够保证加载杆对三根入射杆的加载波形时间同步，波形与幅值相同。通过转向装置对角度的调整，把入射波同时等幅值加载到正方体试件中。建立一套完整的支架系统，保证实验操作的方便性及实验系统的稳定性。建立了完善的数据处理系统，有效得对环境噪声进行了屏蔽处理。该项目弥补了材料三维动态加载领域的空白，为描述材料三维动态本构特征，建立考虑应变率的三维材料动态本构模型提供有效的实验数据。同时将为民用防护工程设计及国防防御工事的设计提供更合理的材料模型。