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摘要铜柱测压法以其操作简单、价格低廉、测试时不破坏被试武器、测试结果一致性性较好等优点，在武器系统的设计定型及生产交验中被广泛采用。为了解测压铜柱在动载荷下的动态力学性能，采用分离式霍普金森压杆测试技术，构建了数据采集系统，利用 MATLAB 软件编写了试验数据处理程序。论文对测压铜柱所用铜材在不同应变率、不同热处理、不同预压状态下的动态力学性能进行了试验，得出了一些有益的结论，为测压铜柱的理论建模及仿真分析提供数据支持。42413
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毕业论文关键词 测压铜柱 霍普金森压杆实验技术 应力-应变曲线
Title Dynamical Loading Characteristics Analysis ofCopper Cylinder
Abstract Copper cylinder pressure measuring method is simple to operate, low price, thetest does not destroy the weapons to be tested, the test results consistently ofgood, in weapon system design and production test has been widely used.For the understanding of copper cylinders in dynamic load of the dynamic mechanicalproperties, by split Hopkinson pressure bar testing technology constructed dataacquisition system, using MATLAB software to compile the data processing program.The copper cylinders of the use of copper at different strain rate, different heatprocessing, different pre pressure under the condition of dynamic mechanicalproperties were tested, and some useful conclusions are drawn, provide data supportfor the copper cylinders of the theoretical modeling and simulation analysis.
Keywords Copper cylinder Split Hopkinson pressure bar Stress strain curve
目次
1引言..1
1.1选题研究背景及意义1
1.2本文主要研究内容.2
2分离式霍普金森压杆实验技术3
2.1分离式霍普金森压杆的结构..3
2.2分离式霍普金森压杆实验原理.3
3实验系统组成7
3.1分离式霍普金森压杆实验装置.7
3.2撞击杆速度测量..9
3.3应变测量装置.10
3.4数据采集系统.11
3.5杆中的应变测试12
3.6杆件的调节..17
4SHPB实验数据处理方法.18
4.1程序中参数的设置..18
4.2原始数据的读取及原始波形的绘制..19
4.3低通滤波和零点漂移处理.20
4.4起跳时间的确定21
4.5波头的对齐..22
4.6二波法与三波法数据处理.22
5实验结果分析.25
5.1有无热处理条件下的铜柱力学性能研究25
5.2不同预压值的铜柱力学性能实验.28
5.3不同热处理条件的铜柱力学性能实验.29
结论..31
致谢..32
参考文献33
附录A数据处理子程序..34
1 引言
1.1 选题研究背景及意义在兵器的设计、研发、生产、交验等步骤中，膛压是一个必须测量的重要性能指标。随着兵器技术的不断发展，现代化测量技术对测量膛压提出了更加严苛的指标要求。近些年来，测试人员一直在为提高膛压的测量精度进行着不懈的努力。膛压具有压力高、变化迅速，并且还伴随着高温和振动等特点，因此在对膛压的测试方法上存在着特殊性。目前测试界常见的膛压测试方法有两种，一是塑性变形测压法，二是电测法。自19世纪60年代诺贝尔首次使用铜柱测压器测得膛内火药燃气最大压力后，一百多年来，塑性变形测压法在“实验弹道学”领域里一直占据着主要地位。塑性变形测压法具有操作简单、使用方便、节省资金、不破坏被试武器、测量结果一致性好等特点，因此目前依然应用在世界各国的膛压测试中。铜柱测压器的结构如.1所示。测量时，将测压器放入弹膛内底部，点火后，火药燃气压力通过活塞作用于铜柱，使它产生塑性永久变形，塑性变形量作为最大膛压大小的度量[1]。通过对测压铜柱受压前后状态的分析即可计算出膛压。用测压铜柱测量枪炮的最大膛压时，直接测量的是铜柱的高度变形量，因此，使用之前必须先测出铜柱塑性变形量和压力之间的对应关系，编制出铜柱的压力-压后高或压力-变形量换算表。换算表的编制是在静态压力标定机上完成的。枪炮的膛压是持续时间为几毫秒至几十毫秒的压力脉冲，而用采用静态压力对照表来判断其峰值的却是静态压力与变形量的关系。 测量和标定的载荷性质不同， 这是静态标定下铜柱测压方法的基本矛盾， 它使得测得的“铜柱压力”含有严重的动态测量误差[2]。1942年T.VonKarman[3]和G.I.Taylor[4]分别提出了分析计算弹性和塑性应力波传播的方法，即以动量方程和连续方程为基础的一维应力波理论。大量实践证明应用该理论来解决工程实际问题能够取得较为满意的结果。然而，在这种情况中经常用到材料的应力-应变关系。如果材料的应力-应变关系与应变率有关，则称这种材料具有应变率敏感性。对于应变率敏感性材料，如果在一维应力波理论中使用静态应力-应变关系，则结果会产生较大的误差[1]。因此，只通过静态实验得到的结果，难以保证它在承受动载时也能符合要求。所以，研究铜柱的动态力学性能有着非常重要的学术意义和工程价值。铜是一种典型的应变率敏感材料，即铜的应变速率（下称应变率）会影响其应力-应变关系。显然，静态标定与铜柱在实际使用时应变率有着相当大的区别，所以用静标数据反映测压铜柱与火炮膛压峰值的关系是不合适的。现在常通过准动态校准技术用接近膛压上升沿的半正弦压力脉冲对铜柱进行校准以减少静动差的影响，但若想对测压铜柱做进一步的理论建模和仿真分析，还需要对铜材本身的材料性能进行研究。分离式霍普金森压杆（下称 SHPB）装置是冲击力学中常用的材料性能试验设备，本文将通过 SHPB 实验对测压铜柱所用铜材在不同应变率下的动态材料性能进行测定，为测压铜柱的力学性能分析提供依据。