摘? 要：文章介紹了一種新型落球模擬沖擊試驗(yàn)機(jī)的主要特性，該機(jī)是專門為研究結(jié)構(gòu)樣品的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能而設(shè)計(jì)的，這種類型的設(shè)備已被用于在中高速加載速率下產(chǎn)生簡單且可測量的斷裂過程。該機(jī)器由兩個(gè)主要部分組成，即機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，前者只是一個(gè)落球，由兩個(gè)堅(jiān)固的柱子引導(dǎo)，可以用于高能量撞擊樣本。后者由壓電力傳感器、加速度計(jì)和光纖光電傳感器以及示波器和信號(hào)調(diào)節(jié)器組成。

關(guān)鍵詞：落球；沖擊試驗(yàn)機(jī)；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能；加載速率

中圖分類號(hào)：TP212.9；TH87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2023）23-0177-05

Research and Development of Falling Ball Simulation Impact Testing Machine

HAN Zhanzheng

（Hefei LCFC Information Technology Co.， Ltd.， Hefei? 230031， China）

Abstract： This paper introduces the main characteristics of a new type of falling ball simulation impact testing machine， which is specifically designed to study the dynamic mechanical performance of structural samples. This type of equipment has been used to generate simple and measurable fracture process at medium to high loading rates. The machine consists of two main components， namely a mechanical structure and a data acquisition system. The former is just a falling ball， guided by two sturdy pillars， and can be used for high-energy impact samples. The latter consists of piezoelectric sensors， accelerometers， fiber optic optoelectronic sensors， as well as oscilloscopes and signal conditioners.

Keywords： falling ball; impact testing machine; dynamic mechanical performance; loading rate

0? 引? 言

結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)態(tài)載荷的響應(yīng)在各種民用和軍事應(yīng)用中都很受關(guān)注。例如，核電站的防護(hù)殼預(yù)計(jì)能夠承受來襲導(dǎo)彈甚至軍用噴氣式飛機(jī)撞擊的沖擊載荷；由于飛機(jī)起飛和降落，機(jī)場跑道必須承受重復(fù)的動(dòng)態(tài)載荷；自然災(zāi)害（如龍卷風(fēng)、地震和海浪）、意外撞擊或故意爆炸引起的結(jié)構(gòu)或建筑物的動(dòng)態(tài)荷載也是一個(gè)非常值得關(guān)注的實(shí)際問題。結(jié)構(gòu)在沖擊或沖擊載荷下的性能表征是這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的先決條件[1]。針對(duì)沖擊或沖擊載荷下的性能表征的研究主要有數(shù)值模擬的話方法和落球試驗(yàn)等。

在數(shù)值模擬方法方面，有限元（FE）方法不僅用于提供一種強(qiáng)大的方法來預(yù)測結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)載荷的響應(yīng)，還用于模擬試樣在過渡溫度下的斷裂行為。模擬試樣在轉(zhuǎn)變溫度下的動(dòng)態(tài)載荷的響應(yīng)需要同時(shí)模擬相互作用的響應(yīng)，這一問題迄今尚未解決。文獻(xiàn)中的大多數(shù)工作都考慮了結(jié)構(gòu)損傷模擬[2]。例如，我國利用裂紋尖端張開角（CTOA）概念分析了室溫下各種管線鋼在沖擊或沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為。在其他研究中，二維共粘性區(qū)模型用于模擬結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為。后來，我國使用三維模型進(jìn)行了類似的研究，并將模擬吸收能與實(shí)驗(yàn)吸收能進(jìn)行了比較。美國使用Gurson-Tvergaard Needleman（GTN）模型模擬了結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為。上述螺柱在上層擱板溫度下對(duì)結(jié)構(gòu)試樣進(jìn)行了動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為模擬。事實(shí)上，有許多研究提供了上述動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為模擬技術(shù)的解釋，這些技術(shù)結(jié)合了基于Beremin模型的解理失效概率。歐洲試圖通過結(jié)合GTN模型來預(yù)測動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為的失效概率，從而確定與溫度無關(guān)的Beremin參數(shù)[3]。我國結(jié)合GTN和Beremin模型對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為進(jìn)行了表征。然而，國內(nèi)外還沒有發(fā)表一項(xiàng)同時(shí)模擬相互作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為的研究?，F(xiàn)有研究僅計(jì)算了一定量損傷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為失效概率。由于威布爾應(yīng)力只能通過模擬結(jié)果的后處理來計(jì)算，因此無法從模擬中獲得按韌性或解理分類的詳細(xì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為。此外，威布爾應(yīng)力方法僅假設(shè)在超過參考值后發(fā)生完全損傷，因此無法適應(yīng)損傷開始后發(fā)生的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為。我國已經(jīng)提出了一種同時(shí)模擬相互作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為的數(shù)值方法，并將其應(yīng)用于模擬延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度下的沖擊試驗(yàn)。為了模擬韌性撕裂，應(yīng)用了應(yīng)力修正斷裂應(yīng)變（SMFS）模型，其中斷裂應(yīng)變被假設(shè)為應(yīng)力三軸度的逆指數(shù)函數(shù)。盡管該模型很簡單，但將模擬結(jié)果與我們之前工作中的裂管試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較表明，該模型非常有效，預(yù)測非常準(zhǔn)確。為了模擬動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為，使用了最大主應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，盡管威布爾應(yīng)力方法已被廣泛用于量化動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為，但它只能根據(jù)后處理的有限元結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，因此不適用于相互作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為。然而，根據(jù)夏比沖擊試驗(yàn)的有限元分析，表明最大主應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于威布爾應(yīng)力。通過使用有限元分析對(duì)夏比沖擊試驗(yàn)進(jìn)行分析，建立了夏比沖擊試驗(yàn)?zāi)芰颗c最大主應(yīng)力之間的關(guān)系，作為動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為的標(biāo)準(zhǔn)，模擬的斷裂面與不同溫度下的夏比沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，表明了所提方法的有效性。當(dāng)高斯點(diǎn)的最大主應(yīng)力達(dá)到預(yù)先定義的臨界值時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為也由用戶子程序函數(shù)實(shí)現(xiàn)。在動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為模擬中，通過相同的機(jī)制來定義損傷。一個(gè)值得注意的點(diǎn)是元素的大小。單元尺寸對(duì)有限元損傷模擬結(jié)果的影響是眾所周知的。這只是因?yàn)閾p傷模型取決于應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，而應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)取決于有限元分析中的元素尺寸。例如，對(duì)于給定的損傷模型，使用較大單元尺寸預(yù)測的裂紋萌生和擴(kuò)展往往會(huì)延遲。因此，應(yīng)調(diào)整損傷模型中的一些參數(shù)，以補(bǔ)償元件尺寸的影響。請(qǐng)注意，在我們之前研究的夏比沖擊試驗(yàn)?zāi)M中，使用了0.1 mm的元件尺寸，而沒有造成任何數(shù)值困難，因?yàn)橄谋仍嚇拥臒o缺口韌帶尺寸僅為8 mm。然而，在模擬韌帶更長的較大樣本的損傷時(shí)，很難使用這樣一個(gè)小元素來保持?jǐn)?shù)值穩(wěn)定性。因此，我們認(rèn)為，在對(duì)長裂紋擴(kuò)展進(jìn)行數(shù)值裂紋擴(kuò)展建模時(shí)，單元尺寸對(duì)損傷模型的影響是一個(gè)需要解決的重要問題[4]。

相比與數(shù)值模擬，落球試驗(yàn)更容易得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。目前，我國已經(jīng)發(fā)展了幾種技術(shù)來研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。例如，改良的夏比沖擊試驗(yàn)，如冶金學(xué)家使用的傳統(tǒng)夏比沖擊機(jī)，允許擺動(dòng)擺錘在其路徑上撞擊試樣，從而傳遞動(dòng)量并導(dǎo)致高應(yīng)力率。其他重要的沖擊試驗(yàn)包括分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)，其中試樣夾在兩個(gè)彈性壓桿之間，通過使用落球或拋射物產(chǎn)生應(yīng)力波。由于樣品的尺寸，上述兩種技術(shù)不便于測試結(jié)構(gòu)的抗沖擊性。相反，落球沖擊試驗(yàn)可方便地用于研究結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)[5]。在小型化落球機(jī)研究方面，近年來，筆記本電腦、智能手機(jī)和平板電腦等小型電氣設(shè)備被要求具有高可靠性，即使它們掉在地上，或者它們的屏幕被物體撞擊。因此，在設(shè)計(jì)電氣設(shè)備時(shí)，必須確定電氣基板與毫米或微米大小的電氣部件（如電阻器和電容器）之間的焊點(diǎn)的沖擊強(qiáng)度。在生產(chǎn)許多部件時(shí)，由于在電路板上高速安裝了許多小型電氣設(shè)備，因此還必須考慮設(shè)備的沖擊斷裂。因此，用沖擊試驗(yàn)機(jī)評(píng)估小部件的強(qiáng)度是很重要的。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了幾種小型沖擊試驗(yàn)機(jī)，尤其是用于測量焊點(diǎn)強(qiáng)度的沖擊試驗(yàn)機(jī)。焊點(diǎn)的斷裂能可以通過使用小型擺錘試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測量。焊點(diǎn)的沖擊載荷-位移曲線可以使用帶有稱重傳感器的微沖擊測試儀系統(tǒng)進(jìn)行測量。通過應(yīng)用分離式霍普金森壓桿測試來評(píng)估電子電路板上焊點(diǎn)的沖擊強(qiáng)度。這些機(jī)器中的傳感器，如應(yīng)變計(jì)和稱重傳感器，被限制在幾毫米或更多，從而限制了沖擊測試機(jī)器本身。因此，需要一種新的測量方法來縮小沖擊試驗(yàn)機(jī)的尺寸，以測量較小試樣的沖擊載荷和變形[6]。

目前，已經(jīng)開發(fā)了幾種沖擊測試方法來評(píng)估結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)材料，其中許多方法被用作行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通常對(duì)電氣產(chǎn)品進(jìn)行跌落產(chǎn)品測試和振動(dòng)測試，以驗(yàn)證產(chǎn)品的耐久性。雖然無須特殊設(shè)備即可輕松進(jìn)行跌落試驗(yàn)，但無法定量評(píng)估產(chǎn)品的機(jī)械財(cái)產(chǎn)[6-8]。擺錘試驗(yàn)，如夏比和伊祖德沖擊試驗(yàn)，是眾所周知的常用沖擊試驗(yàn)方法。然而，試樣的機(jī)械財(cái)產(chǎn)，如機(jī)械設(shè)計(jì)所需的彈性模量、強(qiáng)度和斷裂韌性，無法通過普通擺錘試驗(yàn)進(jìn)行測量，因?yàn)橹挥袛嗔涯苁歉鶕?jù)試樣沖擊斷裂導(dǎo)致的擺錘損失能量來評(píng)估的。目前，通常使用分離式霍普金森壓力棒試驗(yàn)機(jī)或改進(jìn)型機(jī)器來測量機(jī)械財(cái)產(chǎn)，這些機(jī)械性能是通過使用應(yīng)變計(jì)在機(jī)器桿中傳播的應(yīng)力波計(jì)算得出的。還開發(fā)了單棒法來測量機(jī)械財(cái)產(chǎn)?；蛘撸梢允褂梅Q重傳感器進(jìn)行落球試驗(yàn)來評(píng)估財(cái)產(chǎn)[9，10]。

在本文中，我們描述了一種新的落球沖擊機(jī)，該機(jī)器專門設(shè)計(jì)用于結(jié)構(gòu)樣品的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，并在高強(qiáng)度材料上進(jìn)行了一些沖擊試驗(yàn)。這臺(tái)機(jī)器使我們能夠?qū)?duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的研究擴(kuò)展到比標(biāo)準(zhǔn)伺服液壓機(jī)更快的加載速率。事實(shí)上，我們已經(jīng)進(jìn)行了一系列測試，以測量不同類型的高強(qiáng)度材料的斷裂功，跨度為六個(gè)數(shù)量級(jí)位移速率的大小。當(dāng)速率高于10 mm/s時(shí)，斷裂功增加。由于我們的伺服液壓裝置可實(shí)現(xiàn)的最快加載速率約為30 mm/s，我們需要新的裝置來研究更高加載速率下的速率敏感性。文中還舉例說明了如何使用該裝置來測量高強(qiáng)度材料的斷裂動(dòng)態(tài)功。本文的結(jié)構(gòu)如下：首先對(duì)該機(jī)器進(jìn)行了描述，進(jìn)而介紹了動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的詳細(xì)信息，再對(duì)結(jié)果進(jìn)行介紹和討論。最后，得出了一些結(jié)論。

1? 落球模擬沖擊試驗(yàn)機(jī)簡介

如圖1所示，該落球模擬沖擊試驗(yàn)機(jī)由機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個(gè)主要部分組成，前者是一個(gè)落球，由兩個(gè)堅(jiān)固的柱子引導(dǎo)，可以用于高能量撞擊樣本。后者由壓電力傳感器、加速度計(jì)、光纖光電傳感器、示波器和信號(hào)調(diào)節(jié)器組成。落球沖擊機(jī)經(jīng)過初步設(shè)計(jì)，引導(dǎo)錘子的兩個(gè)立柱被預(yù)應(yīng)力作用在高3.7 m的1.2 m厚的強(qiáng)樓層上下板上。立柱推動(dòng)強(qiáng)樓層下板穿過95 mm厚的鋼板，試樣的支架可以連接在鋼板上。在鋼板之間，我們鋪設(shè)了一層非常薄的氯丁橡膠層（0.5 mm），以便盡可能均勻地分布傳遞到樓板的應(yīng)力。通過這種方式，堅(jiān)固的地板充當(dāng)了一個(gè)非常堅(jiān)硬的反應(yīng)框架；同樣，它可以以可忽略的運(yùn)動(dòng)耗散通過試樣傳輸?shù)哪芰?。此外，機(jī)器的操作不會(huì)對(duì)包含實(shí)驗(yàn)室的建筑結(jié)構(gòu)造成任何損壞或干擾，因?yàn)閳?jiān)固的地板是一個(gè)完全獨(dú)立的結(jié)構(gòu)?？蚣苤蝺蓚€(gè)直徑為90 mm的導(dǎo)柱（導(dǎo)軌），其中錘子可以通過起重機(jī)和鏈條系統(tǒng)提升到預(yù)定高度，然后允許其自由下落，以撞擊支撐在兩個(gè)支架上的樣品。

該機(jī)器能夠在支架上方提供2 595 mm的自由下落高度。設(shè)計(jì)了兩種類型的錘子，用于對(duì)不同類型的試樣進(jìn)行測試。一種是質(zhì)量為18.60 kg的鋁錘，另一種是鋼錘，質(zhì)量可以在60.55到315.55 kg之間，增量為15 kg。通過從不同高度落下錘子，可以改變施加的加載速率。

1.1? 力學(xué)傳感器

錘擊錘與試樣之間的沖擊力由204C型壓電力傳感器（由美國紐約州紐約市PCB公司制造）測量，測量范圍高達(dá)177.92 kN。此外，支撐件與試樣間的反作用力由另外兩個(gè)203B型力傳感器確定，該傳感器可測量高達(dá)89 kN。傳感器的校準(zhǔn)也由PCB公司提供，傳感器的精度為0.7 N。

1.2? 加速度傳感器

沿著梁的長度安裝的加速度計(jì)也是壓電傳感器，其諧振頻率大于70 kHz。加速度計(jì)的分辨率為0.1 g，讀數(shù)可達(dá)±1 000 g（其中g(shù)是地球的重力加速度）。加速度計(jì)的校準(zhǔn)由PCB公司提供。

1.3? 磁條和磁傳感器

錘沿立柱的位置可以通過安裝在立柱上的磁條和固定在錘側(cè)面的磁性傳感器（型號(hào)MSK 5 000；SIKO GmbH，Kirchzarten，德國）檢測，其分辨率為0.001 mm。

1.4? 光纖光電傳感器

當(dāng)固定在沿立柱滑動(dòng)的錘子上的鋼板經(jīng)過光學(xué)纖維光電傳感器（型號(hào)：OMRON E3x NA；OMRON Electronics，Sidney，Australia）的光路時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出24-V信號(hào)，用于觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1.5? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由兩個(gè)Tektronix示波器（型號(hào)：TDS3014B；美國俄勒岡州比弗頓Tektroniz）、兩個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)器（型號(hào)：482A22；Tektronis）和一臺(tái)計(jì)算機(jī)組成。

信號(hào)調(diào)節(jié)器是一個(gè)四通道、線性操作的傳感器系統(tǒng)。該裝置為內(nèi)置傳感器放大器提供恒定電流激勵(lì)，并將交流信號(hào)與直流偏置電壓解耦。恒定電流輸出范圍為2至20 mA。示波器有四個(gè)通道，用于記錄沖擊過程中傳感器的數(shù)據(jù)。該設(shè)備的帶寬為100 MHz，最大采樣率為1.25 GHz。

2? 動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

測試梁的尺寸為橫截面為100 mm×100 mm，總長度為420 mm。初始缺口深度比約為0.5，試驗(yàn)期間跨度固定在400 mm。在準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下，我們使用Elices、Guinea和Plana設(shè)計(jì)的程序來測量材料的斷裂能，這導(dǎo)致了斷裂能的尺寸無關(guān)結(jié)果。因此，在動(dòng)態(tài)加載條件下，采用相同尺寸的試樣來測量斷裂功。跌落高度錘擊設(shè)定為300 mm，錘擊加速度為9.42±0.25 m/s），沖擊速度為2.40±0.05 m/s）。對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采樣率設(shè)置為1 MHz。

2.1? 材料特性

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中使用單一的高強(qiáng)度材料，該材料由最大尺寸為12 mm的安山巖骨料和ASTM I型水泥制成。在材料組合物中使用微硅粉漿和高效減水劑（ACE 325，B225；Evonik Degussa GmbH，Essen，Germany）。水灰比（w/c）固定為0.33。

對(duì)樣品制作過程進(jìn)行了嚴(yán)格控制，以最大限度地減少測試結(jié)果中的散射。所有試樣均在鋼模中鑄造，通過振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，包裹固化24小時(shí)，脫模并在20 ℃的潮濕室內(nèi)儲(chǔ)存4周，98%的相對(duì)濕度，直到進(jìn)行測試。

根據(jù)ASTM C39和C469在75 mm × 150 mm（直徑×高度）圓柱體上進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。巴西的試驗(yàn)也按照ASTM C496推薦的程序使用相同尺寸的圓柱體進(jìn)行。我們制作了八個(gè)氣缸，其中四個(gè)用于壓縮測試，四個(gè)用于分裂測試。顯示了材料的特征力學(xué)參數(shù)在各種表征和控制測試中確定。材料的質(zhì)量密度為2 337.5 kg/m。

2.2? 加載點(diǎn)位移的確定

有幾種技術(shù)可以測量動(dòng)態(tài)加載條件下的加載點(diǎn)位移。例如，非接觸式線性接近測量系統(tǒng)、高速攝像機(jī)和加速度計(jì)。在這里，加速度計(jì)被用來確定加載點(diǎn)的位移。沿梁的長度安裝了三個(gè)加速度計(jì)，相鄰加速度計(jì)之間的距離為40 mm，左側(cè)加速度計(jì)距離試樣中心80 mm。位移可以通過加速度的二重積分來獲得，然后可以通過線性外推來確定加載點(diǎn)位移。

3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

使用落球式?jīng)_擊機(jī)進(jìn)行了五次沖擊試驗(yàn)，典型結(jié)果如圖2所示。實(shí)際沖擊脈沖是第一個(gè)脈沖，振幅為40.24 kN。第二個(gè)小振幅脈沖對(duì)應(yīng)于試樣失效后記錄的反彈。沖擊力實(shí)際上在0.010 26秒開始，因?yàn)樾盘?hào)沒有時(shí)間偏移。

將沖擊力與反作用力進(jìn)行比較，如圖3所示，可以明顯看出，沖擊力的峰值載荷（40.24 kN）遠(yuǎn)大于反作用力的峰值負(fù)荷（7.06 kN），而后者僅為前者的17.5%。這表明，在加載過程中，大部分沖擊力用于保持與慣性力的平衡，而實(shí)際上只有一小部分沖擊力用于使試樣變形和斷裂，這一小部分等于反作用力。隨后，使用反作用力計(jì)算動(dòng)態(tài)載荷下的斷裂功。

值得注意的是，沖擊力和反作用力的起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔約為294 ms。然而，剪切應(yīng)力波從沖擊點(diǎn)傳播到支撐點(diǎn)只需要大約92 ms。因此，存在約200 ms的明顯時(shí)間延遲。盡管國外使用鋼軛來限制加固梁的垂直運(yùn)動(dòng)。這種時(shí)間延遲的原因可以解釋如下。盡管試樣在到達(dá)試樣時(shí)開始受到?jīng)_擊脈沖的沖擊，但其初始上升期的振幅太小，無法使試樣充分變形，從而產(chǎn)生接觸電阻的變化。因此，在這個(gè)初始加載期間，反作用力的信號(hào)沒有顯示出明顯的變化。然而，當(dāng)試樣吸收的沖擊能量足夠大時(shí)，由于試樣變形引起的接觸電阻發(fā)生相對(duì)較大的變化，因此開始出現(xiàn)可測量的信號(hào)變化。

由于反作用力的初始時(shí)間已經(jīng)改變，因此，沖擊和反作用力具有相同的起點(diǎn)。試樣消耗的能量由荷載-位移曲線下的面積決定。也就是說，沖擊能量是通過沖擊力—位移曲線下的面積來計(jì)算的，而斷裂功是通過反作用力—位移曲線來獲得的。很明顯，梁吸收的大部分沖擊能量（9.91 J）用于與動(dòng)能、應(yīng)變能以及機(jī)器彈性變形吸收的一些能量保持平衡。只有一小部分沖擊能量，即斷裂功（1.3 J）用于使梁變形和斷裂。該能量表示創(chuàng)建兩個(gè)新的斷裂表面所需的能量。在這種情況下，錘子提供的總能量為53.57 J。

通過沖擊載荷下的反作用力和靜態(tài)載荷條件下的彎曲載荷之間的比較。沖擊載荷下的斷裂功（1.3 J）遠(yuǎn)高于靜態(tài)載荷下的（0.7 J），這意味著可以注意到顯著的加載速率敏感性。結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下比在靜態(tài)荷載條件下更堅(jiān)固（高峰荷載）和更堅(jiān)硬（更多的斷裂功）。高強(qiáng)度材料的這種趨勢與其他研究人員獲得的結(jié)果一致。

4? 結(jié)? 論

本文介紹了一種新型落球模擬沖擊試驗(yàn)機(jī)的主要特性，該機(jī)是專門為研究結(jié)構(gòu)樣品的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能而設(shè)計(jì)的，這種類型的設(shè)備已被用于在中高速加載速率下產(chǎn)生簡單且可測量的斷裂過程，通過研究得到以下結(jié)論：

1）一種新型落球沖擊機(jī)已成功設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試，用于研究材料和結(jié)構(gòu)的沖擊行為。它由一個(gè)由兩個(gè)柱子引導(dǎo)的錘子組成，可以用高達(dá)8 kJ的能量撞擊試樣。該設(shè)備配備了一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以精確測量沖擊力和支撐力以及試樣幾個(gè)選定點(diǎn)的加速度。

2）這臺(tái)機(jī)器使我們能夠?qū)⑽覀儗?duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的研究擴(kuò)展到一個(gè)新的加載速率范圍，超過液壓機(jī)提供的加載速率。

3）本文中的驗(yàn)證試驗(yàn)證實(shí)，高性能材料結(jié)構(gòu)是一種對(duì)荷載率敏感的材料。它在沖擊載荷下比在靜態(tài)載荷下承受更高的載荷并吸收更多的能量。

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作者簡介：韓占政（1987—），男，漢族，江蘇連云港人，中級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：機(jī)械工程。