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膨胀环实验是研究材料在一维冲击拉伸载荷作用下力学特性的有效方法,是研究固体材料在冲击拉伸载荷下碎裂现象和断裂机理的基础本。本文发展了一种基于霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar, SHPB)的液压膨胀环实验技术,有效地开展了韧性金属动态拉伸碎裂实验。圆环在膨胀过程中主要受到周向拉伸作用力,满足准一维应力条件。通过超高速摄影拍摄到水流冲击圆环膨胀完整过程、通过多普勒激光测速仪(VISAR)测量到圆环径向膨胀速度曲线、通过压力传感器测量到液压系统的压力曲线,通过硅胶衬垫完好地回收到圆环碎片。 通过数值模拟再现水流冲击圆环膨胀的过程。模拟结果表明:在实验条件下圆环与装置之间初始时刻的接触力对圆环膨胀速度的影响可以忽略。通过模拟优化了活塞的加载条件,实现了圆环的自由膨胀。 通过液压膨胀环实验技术展开了典型韧性金属(1060-O铝)动态拉伸碎裂实验。碎片的统计分析表明:圆环碎片的质量符合 Weibull分布,碎片的平均尺寸与 Grady-Kipp理论预测趋势一致。对含有人工缺陷的韧性金属(1060-O铝)动态拉伸碎裂实验表明:几何缺陷对动态拉伸碎裂拉伸碎片具有控制作用。最大的几何缺陷在具有优先控制作用。 通过液压膨胀环实验技术有效实现了粘弹性材料(PMMA)和脆性材料(石英玻璃、陶瓷)的动态拉伸碎裂实验。 实验证明,液压膨胀环实验技术能够开展韧性和脆性材料动态拉伸碎裂实验,为固体材料动态拉伸碎裂研究提供了一种新的实验方法。