استفاده از دستگاه تست هاپكينسون در تعيين رفتار ديناميكي مواد سراميكي

On the Use of SHPB Techniques to Determine the Dynamic Behavior of Ceramics

سراميك‌ها موادي سخت و شكننده بوده و معمولاً استحكام فشاري بيشتري نسبت به فلزات دارند. از آنجايي كه در اكثر سراميك‌ها قبل از شكست تنها كرنش الاستيكي ايجاد مي‌شود، اندازه‌گيري دقيق اين كرنش‌ها با استفاده از دستگاه تست هاپكينسون مرسوم كار ساده‌اي نيست. در اين مقاله محدوديت‌هاي اين روش در تست سراميك‌ها و اصلاحات لازم از قبيل نصب كرنش‌‌سنج‌ها بر روي نمونه، قرار دادن نمونه مابين اينسرت‌هايي با استحكام بالا و داراي امپدانس مشابه با امپدانس ميله‌هاي فشار براي جلوگيري از تورفتگي در آن‌ها و نيز استفاده از مجموعه‌ي "سد مومنتم" به منظور عدم بارگذاري مجدد نمونه بيان شده است. ساير موارد بحث شده در اين مقاله شامل حداكثر نرخ ‌كرنش قابل دستيابي در سراميك‌ها با استفاده از دستگاه تست هاپكينسون دو ميله‌اي، لزوم استفاده از شكل‌دهنده‌ي موج ورودي، استفاده از ضربه‌زن مخروطي شكل، نكات قابل توجه در طراحي نمونه و تاثير اصلاحات پيشنهادي بر روي امواج ثبت شده توسط كرنش‌‌سنج‌ها با استفاده از شبيه‌سازي در كد تجاري اجزاي محدود ABAQUS/Explicit مي‌باشد.

Ceramics are hard and brittle and typically exhibit higher compressive strength than metals. Because most of the ceramics reveal only elastic strains to failure, accurate measurement of these strains using the traditional SHPB technique is often not a trivial task. In this paper, the limitations of this technique for testing ceramics and the modifications necessary such as strain gaging the specimen, sandwiching the specimen between high-strength impedance matching inserts to avoid indentation into the bars and also using the “momentum-trap” assembly to avoid the reloading of the specimen are expressed. Other topics discussed in this paper include maximum strain rate that can be obtained in ceramics using an SHPB, the necessity of incident pulse shaping, using a tapered striker, specimen design considerations, and the effectiveness of the proposed modifications on the strain gage records by simulating in finite – element code ABAQUS/Explicit.