Page 63 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 周永旺，等： 基于动静态力学试验下的红砂岩Holmquist-Johnson-Cook本构与数值模拟研究 第 8 期

压均为独立的伺服控制系统，通过控制液压系统
σ 1
σ 1
来实现试验机的上下移动，能够施加高达 2 000 kN B
的轴向载荷，通过控制围压系统来压缩抗磨液压 σ 3
Displacement
油，可均匀地在试样的整个表面上施加围压，最大 control Δσ
σ 2
围压可施加 120 MPa。在红砂岩试件上安装环
向和轴向引伸计，测得环向和轴向的应变，轴压
f r A
和围压通过三轴试验机内置的力传感器获得。
三轴围压试验采用标准圆柱体试件，把试 Load σ 2 =σ 3 =f r
control Δσ=σ 1 −σ 3
件放到上下压块的中间，使用合适大小热缩管包
O f r Target confining
裹试件和上下压块，热风枪加热，使热缩管缩紧， pressure σ 3
在接缝处做好密封。连接径向和轴向传感器，封 图 4 三向应力加载路径
闭腔室进行围压和轴压的加载。试样三向应力 Fig. 4 Loading path in the triaxial compression tests
加载路径如图 4 所示，先将目标围压（f = 10, 20,
r
30, 40 MPa）以 0.05 MPa/s 的加载速率施加在红砂岩试样的表面（ OA: σ 1 = σ 2 = σ 3 ），后对液压系统采
用 位 移 控 制 的 方 式 ， 以 0.002 mm/s 的 加 载 速 率 对 试 件 进 行 轴 向 加 载 直 到 试 件 破 坏 （ AB: σ 1 −∆σ =
σ 2 = σ 3 ）。
2.2.2 动态压缩、劈裂试验装置与原理
∅ 74 mm 大口径 SHPB 装置，如图 5 所示。入射杆长 2 800 mm，透射
动态压缩和动态劈裂试验使用
杆长 1 800 mm，子弹长 400 mm，由弹性模量为 210 GPa、密度为 7 850 kg/m 的弹簧钢制成。所有杆的直
3
径为 74 mm，并且采用圆环状橡胶作为整形器，试样与入射杆、透射杆的接触面涂抹凡士林来减小撞击
时 应 力 波 振 荡 。 试 验 主 要 通 过 气 压 控 制 系 统 来 控 制 炮 管 内 的 气 压 ， 从 而 实 现 不 同 的 应 变 率 加 载 。

Pressure gauge

Dynamic compression Ultra-high-speed camera Dynamic split
v
v
v
ε i Incident bar ε r ε t Transmission bar Absorber
Striker
u 1 u 2
Absorption bar
Bridge box
Pneumatic control system
Cylinder
Dynamic strain sensors
Oscilloscope

图 5 SHPB 装置示意图
Fig. 5 Schematic diagram of split Hopkinson pressure bar

ε i (t)+ε r (t) = ε t (t) ，根据应力波基本理论，在动态压缩试验中通过
试验过程满足变形均匀性假定，即
ε t 来得到在不同应变率下的应力和应变关系 [22] :
入射波 ε i 、反射波 ε r 和透射波

EA 0
σ s (t) = ε t (t)


 A s


 w t
2c 0
ε s (t) = − ε r (t)dt (1)
 l s 0




 2c 0
 ˙ ε s (t) = − ε r (t)
l s
2p(t) 2EA 0 ε t (t)
σ t (t) = = (2)
πDH πDH
083102-4