Page 134 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 钱秉文，等： 超高速撞击条件下混凝土靶体内 应力波的测量和分析 第 5 期

图 5 靶体中 PVDF 压电应力计的埋设实物图
Fig. 5 Physical diagram of PVDF piezoelectric stress sensor embedded in target
1.2 PVDF 压电应力计的标定

1.2.1 标定原理
参 考 文 献 [20]， 在 ∅ 16 mm 的 SHPB 上 对 Incident bar PVDF gauge Transmission bar
PVDF 压电应力计进行动态标定（图 6）。PVDF Striker Strain gauge Strain gauge
压电应力计的受力（F）与输出电荷（Q）呈线性关 Wheatstone R Wheatstone
系，动态灵敏度系数（K）可表示为： bridge bridge
Q
K = (1) Osilloscope 1
F Osilloscope 2
式 中 ： F 可 通 过 S H P B 上 粘 贴 的 应 变 片 测 得 ， Amplifier
Q 可通过电荷放大器测得，K 的单位为 pC/N。
标定时，为模拟实际工况，用环氧树脂将传 图 6 采用霍普金森压杆对 PVDF 压电应力计
感器粘接在 2 个圆柱形钢垫片之间，粘接后的钢 动态标定的原理图 [20]
垫片夹在 SHPB 的入射杆和透射杆之间。PVDF Fig. 6 Principle diagram of dynamic calibration of PVDF
piezoelectric stress sensor using Hopkinson pressure bar [20]
压电应力计的标定方式、制作工艺、使用方式等
会显著影响应力波测量的可靠性，下面将讨论这些影响因素，并提出应对方法。

1.2.2 影响因素
(1) 应力集中的影响
由于 PVDF 压电应力计放置在 SHPB 的入射杆和透射杆之间，很多情况会导致应力集中，包括：

① PVDF 压电应力计的面积远小于压杆的横截
40 Condition 1
面；② 入射杆和透射杆的接触面不平整；③ PVDF Condition 2
压电应力计制作的平整度不好。标定时，为降低
30
应力集中的影响，改进思路为：① 提高两压杆端
Q/nC 20
面的平整度和平行度；② 改进 压电应力
PVDF
计与杆端面的连接方式，即将 PVDF 压电应力计
用环氧树脂粘接在 2 块端面平整的圆柱形钢试 10
样中，再将其夹在入射杆和透射杆之间。
对同一批 PVDF 压电应力计在不同工况下进
0 0.5 1.0 1.5 2.0
行标定，工况 1 中 SHPB 的杆端面平整度一般，且 F/kN
PVDF 压电应力计直接置于入射杆和透射杆之 图 7 不同工况下 PVDF 压电应力计的电荷-应力曲线
间，工况 2 按改进思路进行设置与连接。不同工况 Fig. 7 Charge-stress curves of PVDF piezoelectric stress sensor
下，PVDF 压电应力计的电荷-应力曲线如图 7 所 under different working conditions

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