ANSYS非均质材料在过载作用下的数值模拟研究(3)
2.2.2 Hopkinson杆应力波加载试验技术
Hopkinson杆应力波加载试验是一种常用的动态力学试验技术，其原理是通过子弹撞击Hopkinson杆，从而在杆中产生瞬时脉冲应力波对火工品组件进行加载。自由式Hopkinson杆应力波加载试验装置原理图2如下
图2 自由式自由式Hopkinson杆应力波加载试验装置原理图
早在1914年B.Hopkinson[2]，己将该技术用于压力脉冲测试。1949年H.Kolsky[3]，发明了分离式Hopkinson杆技术，为以后研究高应变率下材料的力学性能奠定了基础。Davies和Hunter[4]，在1963年规范了试件的大小比例。J.Harding等[3]在1983年提出拉杆试验方法，而W.E.Backe等[6]则从另一角度入手，提出了扭杆试验方法，扩大了Hopkinson杆技术的应用范围。Dharan和Hauser, Wulf和Richardson, Gorham等发展了直接撞击Hopkinson杆技术，通过不同直径比的子弹直接撞击输入杆，测试更高应变率下过载特性。在国内，许多高校和科研机构都建有Hopkinson杆试验装置，并且应用于各个研究领域，推动了该技术的快速发展。其中在过载研究方面，王娜首次用自由和分离式Hopkinson杆研究火工品过载能力。张学舜建立了SHPB评估火工品动态结构失稳安全性和可靠性方案。邓强针对用Hopkinson杆对火工品应力加载时的二文弥散效应和脉冲时间太短的问题，提出了采用波形整形解决的具体办法。另外，Hopkinson杆也常用来对高g值加速度传感器进行标定[7,8]，美国的标准计量局已经将Hopkinson杆技术发展成加速度计标定标准试验技术。李玉龙等在国内第一次成功设计制造Hopkinson杆校准装置，可用于校准3000g-200000g的加速度传感器。
通过高压气枪发射的子弹以一定的速度撞击输入杆，在输入杆中产生入射弹性应力波，此应力波沿输入杆并通过杆端传递到试件上，对试件进行高速应力波加载。
由于Hopkinsona压杆长径比很大，可以将压杆中的应力波看做一文应力波。根据应力波理论，输入杆端面质点速度为：
(1)
其中 (2)
由于试件长度比输入杆小得多，忽略应力波在试件内的损失，入射波全部反射，反射波 是入射波 的倒像（大量实验也证实这个结果）：
(3)
由于试件与输入端面粘接，由(1)(3)式得到输入杆端面即试件的速度 和加速度
a: (4) (5)
式中， 和a分别是试件的轴向质点速度和加速度， 、c、E、 分别是Hopkison杆的入射应变、波速、弹性模量和密度
在实验中测出 曲线，运用公式（5）得到试件所承受过载加速度模拟数值
2.2.3落球碰撞试验技术
落球碰撞试验具有使用方便、操作快捷的优点，原理是将传感器安置在钢板底部，让落球从某一高度自由下落撞击钢板，传感器外接测试系统即时记录撞击过载曲线。通过改变落球直径、下落高度和底板尺寸，可以得到不同的撞击过载加速度。目前落球碰撞试验能实现的最大加速度值约在50000g，脉宽为微秒量级，主要用于评估较大尺寸的火工品组件在膛内受冲击时的过载特性。2007年，美国海军弹药研究所采用落球碰撞试验考察引信失效率，得到了30000g以上的过载加速度[9]。二零四工厂将速射弹药的底火从13m跌落碰撞，测得其受到的最大过载系数约40000g;南京理工大学李石磊[1]，和何小斌[10]分别用不同直径( a: 80mm和 100mm, b: 95和 120mm)的钢球进行落球碰撞试验，测得撞击不同厚度钢板的过载加速度曲线，并对加速度峰值和脉宽变化规律进行了对比讨论。
2.2.4空气炮模拟试验技术