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新拓三維應變測量系統在紅砂巖材料(霍普金森桿)動態力學測試
閱讀：63 發布時間：2022-8-10在汽車、交通、基建、土木工程及其它產業領域中，工程材料常會遇到像高速碰撞、高速變形的沖擊加載，進行高應變率下的動態測試，依然是一個不小的挑戰。
紅砂巖土作為一種路基工程填料，工程性質較差，用于鐵路、高速公路回填土易出現路基厚度大、土層松軟的情況。為提升地基承載能力，需對紅砂巖土動態力學特性進行分析，以更好地采取措施加固土體。
針對紅砂巖的工程特性與路用性能，進行長期動力穩定性評價，需結合列車動力載荷對路基穩定性影響去評估?；羝战鹕咚賱討B拉伸測試，可有效并精確地獲取材料在動載荷下的力學特性，是非常好的測試方案。
圖：制斑前后的紅砂巖土試件
圖：測試區域加玻璃防護裝置
霍普金森桿測試
楊氏模量是材料常數，其用于描述在力加載過程中材料的變形。
測試過程中，紅砂巖樣品位于分裂式霍普金森桿的兩個桿之間。通過由空氣壓縮的加速錘來產生壓力波。壓力波通過個桿，部分波在桿端被反射，另一部分波通過測試樣品到達傳輸桿。
安裝于附帶桿和傳輸桿上的應變片用于測量壓力波產生的應變。這樣可以讓附帶桿，傳輸桿和反射的壓力波的振幅能夠被測量。
與靜態測試的區別
楊氏模量通常采用準靜態的測試機，通過應力-應變曲線來獲得。但是，材料在動態負載狀態下通常性能有顯著不同，因此，必須通過動態加載了解材料的動態特性。一般來說，霍普金森桿測試能滿足如此高的應變速率。
霍普金森桿通常用應變片安裝在傳輸桿和透射桿上，但無法采集紅砂巖變形位置及裂紋演化，只有通過紅巖土試件實時數據采集與分析，才能獲得試件表面變形位置以及裂紋出現和演化途徑。
新拓三維自主研發的XTDIC三維全場應變測量系統，可以在霍普金森桿上使用。并且，XTDIC系統不僅可以測量三維位移和變形，基于全視場測量數據，可以準確地看到紅砂巖試件在沖擊載荷下的應力應變，以及關鍵部位的裂紋演化等。
測試數據
基于多測頭采集的圖像，利用XTDIC系統分析軟件進行數據處理，可測得材料在高速沖擊下的位移及變形。強沖擊載荷所具有的在短暫時間尺度上發生載荷顯著變化，同時也意味著高應變率，XTDIC系統所測得的應力-應變曲線，是研究紅砂巖材料試件動態力學特性的重點。
在霍普金森桿動態荷載下，材料力學性能與加載率顯著相關。高幅值短持續時間脈沖荷載，會引起材料力學性質的應變率效應，對于抗動載的高鐵、高速公路路基結構設計與分析是非常重要的。
數值模擬，已在工程設計中發揮著重要作用，進行數值模擬的前提，是要獲取紅砂巖材料在高速沖擊載荷下的應變參數；利用霍普金森桿拉伸實驗，有助于紅砂巖土材料的數值模擬，助力材料的工程設計和工程應用。