Split-Hopkinson-Pressure-Bar (SHPB) preizkuševališče
SHPB preizkuševališče je namenjeno eksperimentalnemu določanju mehanskih lastnosti inženirskih materialov pri visokih hitrostih njihovega deformiranja v območju hitrosti deformacije od 102 s-1 do 8∙104 s-1.
Princip delovanja:
Princip delovanja preizkuševališča temelji na enodimenzionalni teoriji širjenja udarnih elastičnih deformacijskih valov v elastičnih palicah, katero je v osnovi razvil Bertram Hopkinson [1] in kasneje priredil Herbert Kolsky [2] z uporabo dveh zaporednih Hopkinsonovih palic.
Preizkusni vzorec materiala majhnih dimenzij (do 20 mm premera in dolžine) namestimo med vstopno in izstopno palico, ki sta opremljeni z merilnimi lističi. S pospeškom udarnega telesa, ki udari v nasprotni konec vstopne palice v le-to vnesemo tlačni elastični deformacijski impulz, katerega trajanje in intenziteta sta sorazmerni hitrosti in dolžini udarnega telesa. Elastični deformacijski impulz se po palicah širi s hitrostjo ki je sorazmerna z modulom elastičnosti in gostoto materiala palice in je za kovinske palice približno enaka 5 km/s. Ko tlačni deformacijski impulz doseže nasprotni konec palice, kjer je nameščen preizkušanec, se del tlačnega impulza prenese na preizkušanec, del pa se zaradi razlike v mehanski impedanci palice in preizkušanca kot natezni deformacijski impulz odbije od konca palice. Preneseni del tlačnega impulza povzroči v preizkušancu visoko hitrostni deformacijski proces, kjer je v preizkušancu doseženo dinamično ravnotežje, pri čemer se del tlačnega impulza porabi za deformiranje preizkušanca. Neporabljeni del tlačnega impulza se prenese na izstopno palico po kateri se širi proti nasprotnemu koncu palice.
Z merilnimi lističi in visokofrekvenčnim merilnim sistemom zajemamo merilne signale vstopnega, odbitega in prenesenega deformacijskega impulza, Slika 1. Razmerje napetost-specifična deformacija in hitrost deformacije določamo na osnovi časovne integracije zajetih elastičnih deformacijskih impulzov na vstopni (vstopni in odbiti impulz) in izstopni (preneseni impulz) palici, Slika 2.
[1] Hopkinson, B. (1914). "A Method of Measuring the Pressure Produced in the Detonation of High Explosives or by the Impact of Bullets," Philos. Trans. R. Soc. (London) A, 213, pp. 437–456.
[2] Kolsky, H. (1949). "An Investigation of the Mechanical Properties of Materials at Very High Rates of Loading". Proc. Phys. Soc. (London)B, 62 (11), pp. 676.
Slika 1: Zajeti deformacijski impulzi na vstopni in izstopni palici
Slika 2: Razmerje napetost-specifična deformacija in hitrost deformacije
Tehnični podatki preizkuševališča:
- Premer palic in udarnega telesa: 20 mm
- Dolžina vstopne in izstopne palice: 1.500 mm
- Material palic in udarnega telesa: Ti-6Al-4V (Grade 5) – Ti64, Al7075-T651, PMMA, PROTAC 500
- Dolžina pospeševalne cevi: 700 mm
- Dolžina udarnega telesa: 175, 350, 450 in 700 mm
- Dolžina udarnega impulza: 69, 138, 177 in 276 μs
- Največji pospeševalni tlak: 10 bar
- Pospeševalni plin: dušik (nitrogen)
- Premer preizkušancev: največ do 20 mm
- Merilni sistem: DEWESoft SIRIUSi HS 8x STG+ s hitrostjo vzorčenja 1 MHz
