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閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)輸抗沖擊性能研究（13）

試件材料及試件設(shè)計(jì)要求

當(dāng)在SHPB設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)中采用的試件材料及試件設(shè)計(jì)上一定要考慮慣性效應(yīng)和摩擦效應(yīng)。

(1)慣性效應(yīng)

SHPB實(shí)驗(yàn)是在沖擊載荷作用下進(jìn)行的，試件的變形速率很高，因此，作用在試件上的外力做功，除轉(zhuǎn)化為試件的應(yīng)變能外，尚有部分轉(zhuǎn)化為試件的橫向動(dòng)能和縱向動(dòng)能。這就是試件質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)所引起的慣性效應(yīng)，在確定試件的應(yīng)力時(shí)，必須扣除由此而附加的應(yīng)力。試件的慣性效應(yīng)早就為人們所考慮，目前為人們所公認(rèn)的是Davies和Hunter(1963年)提出來(lái)的修正公式：

σ=σ₀-ρ（1/2ν²γ²-1/6l²）            (2-19)

式中，σ₀為實(shí)測(cè)的試件應(yīng)力，p,v,r和1分別為試件的密度、泊松比、半徑和長(zhǎng)度。從公式中可導(dǎo)出無(wú)需考慮附加應(yīng)力的試件的最佳長(zhǎng)徑比：

L/r=(√3)/2                          (2-20)

二維數(shù)值計(jì)算的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，當(dāng)I/r 取0.6或者1.2時(shí)，附加應(yīng)力可忽略不計(jì)，但當(dāng)l/r取2.4時(shí)，附加應(yīng)力就顯得很重要了。

(2)摩擦效應(yīng)

在應(yīng)力脈沖作用下，界面處壓桿和試件的橫向運(yùn)動(dòng)不同，由此產(chǎn)生的摩 擦力破壞了試件的一維應(yīng)力狀態(tài)，此即所謂界面的摩擦效應(yīng)。摩擦效應(yīng)對(duì)SHPB 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可以很大。

例如，當(dāng)試件的長(zhǎng)徑比l/r=0.6(因而可忽略慣性效應(yīng)),界面上的摩擦系數(shù)μ=0.15,實(shí)測(cè)的應(yīng)力應(yīng)變曲線比真正的曲線約高出9%,μ值增加，偏差則更為顯著。

精確地描述摩擦效應(yīng)甚為困難，Klepezko和Malinewski(1978年)在他人的工作基礎(chǔ)上提出了簡(jiǎn)便的修正公式：

σ=σ₀（1-2μγ/3l）                                (2-21)

式中，σ₀為實(shí)測(cè)的試件應(yīng)力。當(dāng)式中的2μr/31<<1 時(shí)，摩擦效應(yīng)可忽略不計(jì)。

在SHPB實(shí)驗(yàn)中，試件的長(zhǎng)徑比l/r~1, 界面處又給予充分的潤(rùn)滑(μ=0.02～0.06)，因此摩擦效應(yīng)通常不予考慮。