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本案例將介紹韌性材料的直接式霍普金森拉桿原理及其Abaqus仿真方法。2.1 SHTB原理 直接式霍普金森拉桿SHTB（仿真）結(jié)構(gòu) 直接式霍普金森拉桿（SHTB）一種結(jié)構(gòu)形式如上圖所示。

1 問題介紹 反射式霍普金森拉桿（SHTB）是在常規(guī)霍普金森壓桿（SHPB）基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，相比于直接式SHTB，反射式SHTB結(jié)構(gòu)簡單、易于改造，但需要對結(jié)果進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)修正。 本案例將介紹韌性材料的反射式霍普金森拉桿原理及其Abaqus仿真方法。

2、SHPB原理 常規(guī)霍普金森桿SHPB（仿真）結(jié)構(gòu) 如圖所示，常規(guī)的SHPB仿真模型結(jié)構(gòu)主要包含撞擊桿、入射桿、透射桿、試樣，有時為了進(jìn)行波形整形會使用整形器（整形片）。

1.1.引言autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發(fā)的分離式霍普金森壓桿（SHPB）全流程自動仿真插件，具備在插件界面設(shè)置好參數(shù)后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網(wǎng)格-材料-接觸設(shè)置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程。

更多的研究是進(jìn)行少量試驗，結(jié)合CAE仿真以更低成本的研究材料在不同參數(shù)下的性能變化，同時可以對試驗進(jìn)行誤差分析和結(jié)果驗證。Ls-Dyna則是動態(tài)沖擊仿真領(lǐng)域的先驅(qū)者和領(lǐng)導(dǎo)者。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;本文通過一個簡單案例介紹通過Workbench Ls-Dyna軟件完成霍普金森桿沖擊的一般流程。

<p>案例介紹基于ABAQUS【高溫】霍普金森桿SHPB的Johnson-Cook金屬鋁仿真，首先比較【完全熱固耦合】和【一般動態(tài)顯式分析】兩種分析類型結(jié)果異同，然后進(jìn)一步分析【不同溫度下JC金屬鋁】反射波、透射波曲線特點。

<p>上一篇文章介紹了霍普金森桿（SHPB）沖擊的3D仿真，采用的1/4軸對稱模型。本文繼續(xù)介紹該案例的2D仿真流程，采用軸對稱模型，并于上一案例結(jié)果對比。一般來說，2D軸對稱模型相比于3D實體模型，計算速度更快，精度更高，但是適用面窄，只能用于界面為圓形的試樣及桿件。本案例軟件版本為Ansys Workbench 2021 R2。</p><p>1.

表1 GFRP與常見金屬材料的物理性能對比研究材料的沖擊動態(tài)性能常用的有落錘沖擊試驗、泰勒沖擊試驗、分離式霍普金森壓桿試驗（Split Hopkinson pressure bar，簡稱SHPB），本文將使用SHPB技術(shù)對GFRP的動態(tài)性能進(jìn)行研究，利用二波法對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出材料不同應(yīng)變率的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和應(yīng)變率-時間曲線。

2.有限元模型 根據(jù)實驗室現(xiàn)有的三維霍普金森桿裝置進(jìn)行簡易建模。2.1發(fā)射系統(tǒng)：撞擊桿尺寸：外徑40mm*400一支。

崗位職責(zé)：?? 負(fù)責(zé)材料卡片相關(guān)方法開發(fā)及測試驗證，包括高速拉伸、疲勞、蠕變、霍普金森桿等實驗設(shè)計與執(zhí)行； 基于力學(xué)/仿真背景，參與材料本構(gòu)模型開發(fā)與參數(shù)標(biāo)定； 協(xié)同團(tuán)隊提升材料卡片交付能力，支持客戶工程化需求。??

Johnson、Cook 等學(xué)者對OFHC銅、Armco鐵、4340鋼 等材料進(jìn)行了不同應(yīng)變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉(zhuǎn)試驗，通過數(shù)值模擬與試驗結(jié)果對比，標(biāo)定了12種材料的Johnson-Cook本構(gòu)模型的參數(shù)；提出了考慮大應(yīng)變、高溫以及高應(yīng)力影響的斷裂準(zhǔn)則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數(shù)值模擬的對比進(jìn)行驗證。

導(dǎo)讀Johnson-Cook本構(gòu)模型是由Johnson和Cook通過大量實驗提出來的，常用于鳥撞擊實驗、汽車碰撞、霍普金森桿等沖擊領(lǐng)域。J-C模型通過上述簡單表達(dá)式將材料加工硬化效應(yīng)、應(yīng)變率效應(yīng)和溫度效應(yīng)解耦，因此非常便于工程應(yīng)用。J-C模型已內(nèi)置在Abaqus中，可以直接調(diào)用，為材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了寶貴的技術(shù)參數(shù)和參考信息。

研究團(tuán)隊擁有2000余平方米的試驗場地以及多場耦合真三軸系統(tǒng)、大型剪切滲流耦合儀、霍普金森動力學(xué)測試系統(tǒng)、micro-CT體視儀、巖土核磁共振測試系統(tǒng)、污染物運(yùn)移多場耦合測試系統(tǒng)等3000余萬元的設(shè)備。

它之所以成為高應(yīng)變率仿真領(lǐng)域的“長青樹”，主要原因有三點。首先是參數(shù)物理意義明確且極易獲取，相比其他復(fù)雜的力學(xué)模型，JC 模型的參數(shù)可以通過標(biāo)準(zhǔn)的高速拉伸或霍普金森壓桿（SHPB）試驗輕松測得，工程實用性極高。其次是計算效率與數(shù)值穩(wěn)定性極佳，它的數(shù)學(xué)形式簡潔高效，非常適合顯式動力學(xué)子程序（如 VUMAT）進(jìn)行大規(guī)模并行計算，不易發(fā)生數(shù)值發(fā)散。

利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí)：一是算力簡化，利用數(shù)據(jù)庫建立應(yīng)力波關(guān)于時間步和偏轉(zhuǎn)角度的擬合模型；二是建立透反射系數(shù)的預(yù)測模型，進(jìn)行快速分析，設(shè)計更好的緩沖結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)仿真算力簡化和設(shè)計快速尋優(yōu)。 入選理由：作者使用了霍普金森桿對復(fù)合材料實驗進(jìn)行了高應(yīng)變率的仿真分析，并獨創(chuàng)性地運(yùn)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)擬合。