多制式一体化霍普金森杆系统

霍普金森杆系统可以分为霍普金森压杆、霍普金森拉杆、霍普金森扭杆和霍普金森拉/压/扭一体机等；按着驱动的方式可以分为气体驱动的霍普金森杆、电磁驱动的霍普金森杆和爆炸驱动的霍普金森杆；按着杆系的截面形状可以分为实心的圆形和方形杆、空心的圆管等的霍普金森杆系统；随着工程材料的发展，如泡沫材料、岩石、混凝土等一些比较特殊的材料，由于其内部组分复杂、均匀性较差，为了保证实验结果的有效性，其试件尺寸较均质材料的试件尺寸大，随着杆径的增大，杆中几何弥散效应凸显，应变率降低，影响结果的有效性。因此，对于非均质离散型的材料，集束方杆霍普金森杆技术很好的解决了这样的问题，如图1所示为Albertini1994年混凝土试件的集束式方杆霍普金森拉杆。对于非均质离散型的材料，其入射杆、透射杆和缓冲杆可以采用相同材料的圆杆和集束杆构成双制式霍普金森杆系统。双制式霍普金森杆系统就是入射杆和透射杆均具有两种制式杆，一套为集束式方杆，入射杆和透射杆和缓冲吸能杆都是集束式方杆；另一套为单根圆杆，入射杆和透射杆和缓冲吸能杆都是圆杆。为了匹配不同材料的动态力学性能研究，两种制式的杆材料可以选为马氏体沉淀硬化不锈钢、7A04铝合金、聚碳酸酯材料等。

通过多制式一体化的霍普金森杆系统，可以获得各向同性材料、各向异性材料的高应变率本构关系，为建模仿真研究提供准确有效的材料模型参数。

双制式霍普金森拉杆系统的示意图如图2所示，双制式霍普金森拉杆材料动态力学试验机的显著特点是多功能，即在一个支撑平台上，可根据被测材料试件的特性选用不同材料和制式的拉杆，实现被测材料的动态直接拉伸测试试验。

双制式霍普金森拉杆材料动态力学试验机主要包含：气炮装置（含空气压缩机与储气压力容器）、发射控制系统、杆系（输入杆、透射杆和吸能杆）、支座及卡钳、工作平台、液压三轴围压装置、高低温环境箱、缓冲吸能装置、连接地面的固定与调平装置、试件防护与回收装置、杆系吊装专用吊具等。

图1 混凝土试件的集束式方杆的霍普金森拉杆试验示意图

图2 分离式霍普金森拉杆实验系统组成示意图