A Method for Dispersive Split Hopkinson Pressure Bar Analysis Applied to High Strain Rate Testing of Spruce Wood

En metod för dispersiv analys av försök med delad hopkinsonstång tillämpad på provning av granved vid hög töjningshastighet Syftet var att etablera en metod för att studera sambandet mellan spänning och töjning för granved vid hög töjningshastighet. Detta åstadkoms genom att anpassa och något vidareutveckla tekniken med delad hopkinsonstång ("Split Hopkinson Pressure Bar", SHPB). Vanligtvis har hopkinsonstavar cirkulärt tvärsnitt och en diameter som är mycket mindre än de verksamma våglängderna. Under sådana förhållanden är vågutbredningen i stängerna approximativt ickedispersiv, och en endimensionell (1D) vågutbredningsmodell kan användas. När det, som är fallet i denna studie, däremot inte kan säkerställas att stängernas tvärdimensioner är små i förhållande till våglängderna, är en helt igenom 1D vågutbredningsmodell otillräcklig, och tvärsnittets geometri, vilken var kvadratisk i denna studie, måste beaktas. Därför utvecklades med hjälp av Hamiltons princip en approximativ 3D vågutbredningsmodell för stänger med godtyckligt tvärsnitt. Modellen ger ett dispersionssamband (vågtal som funktion av vinkelfrekvens) samt medelvärden för förskjutningar och spänningar över gränsytorna mellan stänger och provstav. En kalibreringsprocedur utvecklades också. Provning av granved genomfördes vid hög töjningshastighet (omkring 103 s-1) med den anpassade SHPB-tekniken, samt för jämförelse vid låg (8×10-3 s-1) och måttlig (17 s-1) töjningshastighet med en servohydraulisk provningsmaskin. Fukthalterna i veden motsvarade ugnstorr, fibermättnad och fullständig mättnad, och proven utfördes i radiell, tangentiell och axiell riktning i förhållande till trädets stam. För vart fall utfördes fem försök vid rumstemperatur. Resultaten visar töjningshastighetsberoendet för sambandet mellan spänning och töjning för granved under alla studerade förhållanden. The aim was to establish a method for studying the relation between stress and strain in spruce wood at high strain rate. This was achieved by adapting and somewhat further developing the split Hopkinson pressure bar (SHPB) technique. Hopkinson bars usually have a circular cross-section and a diameter much smaller than the operative wavelengths. The wave propagation in the bar is then approximately non-dispersive and a one-dimensional (1D) wave propagation model can be used. When, as in this study, it is not certain that the transverse dimensions of the bars are small in relation to the wavelengths, a solely 1D wave propagation m