2BarG：分离式Hopkinson（Kolsky）杆试验数据快速处理软件

软件X 18（2022）101093原始软件出版物2BarG--分离式Hopkinson（Kolsky）杆试验结果Tzvi GershanikZhao，Itay Levin，Daniel Rittel以色列理工学院机械工程学院材料力学中心ar t i cl e i nf o文章历史记录：2022年3月1日收到2022年4月12日收到修订版，2022年保留字：Split Hopkinson（Kolsky）PressureBar应力波数据处理信号分析a b st ra ct2BarG是一个分析分离式霍普金森（Kolsky）压杆实验的程序。它是基于Python的，具有几个库，使处理快速，简单，高效，最小的操作员的干预。该程序从记录的实验原始信号中自动识别入射信号、反射信号和透射信号。该软件将数据简化为应力、应变和速度，并进行必要的波频散校正。用户友好和直观的图形界面允许各种实验样本（标准或定制）和测试配置（拉伸、压缩和剪切）的简单数据简化。©2022作者（S）。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本1.0指向代码/存储库的永久链接用于此代码版本https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-22-00057法律代码许可证N/A使用git的代码版本控制系统使用Python的软件代码语言、工具和服务编译要求、操作环境依赖性Microsoft Windows、OS X、Linux如果可用链接到开发人员文档/手册问题支持电子邮件Greggersh1409@gmail.com软件元数据当前软件版本1.0此版本可执行文件的永久链接https://rittel.group/downloads合法软件许可证N/A操作系统Microsoft Windows，OS X，Linux安装要求依赖项无如果可用，请链接到用户手册-如果正式发布，请包括对参考书目问题支持电子邮件Greggersh1409@gmail.com1. 动机和意义Hopkinson/Kolsky杆（SHPB）试验是测定材料动态应力-应变性能的金标准，应变率范围约为10 3 - 10 4 s−1。2BarG以最少的人为干预和最高的效率从这些实验中执行必要的数据简化。的*通讯作者。电子邮件地址：greggersh1409@gmail.com（Tzvi Gershanik）、itaylevin2704@gmail.com（Itay Levin）、merittel@technion.ac.il（DanielRittel）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2022.101093下面的段落描述了实验设置，随后是结果的信号处理。Kolsky酒吧（图） 1）由一组两个圆柱形钢（或其他材料）杆组成，它们都可以沿着它们的公共轴线自由移动[1]。沿着这条线，可以使用例如压缩空气或其他气体将较短的杆（称为撞击杆）加速到一定的速度。撞击器撞击入射杆时，（入射）弹性应力波（拉伸或压缩）产生到入射杆中，当其撞击试样时部分反射到入射杆中（反射），最终到达透射杆（透射）。 如图 1号2352-7110/©2022作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softxTzvi Gershanik，Itay Levin和Daniel Rittel软件X 18（2022）1010932图1.一、（a）SHPB压缩构型。（b）SHPB张力构型。图二、实 验 信 号 的 峰值检测和裁剪点。设置可以设计用于拉伸或压缩测试[2，3]以及剪切测试[2，3]（此处未显示）。对于所有器械（图中的压缩）， 1 a和图中的张力。图1b）中，每个杆上的一对径向粘合应变计（以消除弯曲伪影）（图1）记录三个信号，即入射、反射和透射。应变片是惠斯通电桥，如任何应变测量设置。SHPB可以产生约103- 10 4 s-1的应变速率下面详细说明将记录的信号转换为应力、应变和速度的数据处理过程Hopkinson/Kolsky杆的数据处理可能有些麻烦，因为它涉及大量的数据操作，用于识别和时移（同步）入射，反射和透射信号，验证样品平衡，以及这些信号的几何色散校正[4]相应地，得到各种结果，即应变、应变率、界面力、位移和速度。基于这些数据，可以准确确定所研究材料的机械和失效特性，这种特性可用于结构设计和失效分析目的的连续建模[3，5]。2BarG是一个复杂的Python程序，在很大程度上简化和自动化了数据简化过程。因此，它是内部TwoBarG程序的延续和广泛复兴，该程序已使用多年，并在Matlab环境中开发。到目前为止，该软件在编程和界面方面已经过时，因为它执行速度有点慢，需要不断更新以符合新的Matlab版本。但主要的一点是，在处理之前和处理过程中需要大量的用户干预，这减慢了许多实验的处理速度相比之下，这里描述的新软件是高度自动化的，从而在加速数据简化的同时最小化与操作员相关的偏差。目前大多数可用的SHPB分析软件[6-这种情况可能导致不系统的方法，可能会使分析结果产生偏差。2BarG通过提供任何人都可以操作的相当简单直观的界面来解决这些缺点-所需的只是实验参数和数据文件，所有这些都是为了获得最终的自动化结果而设置的。由于涉及自动峰值检测，可能需要调整，因此在“设置”选项卡中提供了两个选项这些选项使数据减少过程简单且可重复。此外，2BarG允许快速保存/加载实验系统2. 软件描述2.1. 峰值检测峰值检测算法用于找到入射、反射和透射信号。用户定义的突出度（默认为50%，图中的紫色虚线）。2）设置用于确定信号的最大值和最小值的阈值。根据给定的日珥，2BarG将寻找每个波的第一个峰值（见图1中的点（1），（2）和（3））。（2）然后，裁剪每个信号的起点和终点（见图中的X标记）。2）的情况。该过程产生三个期望的裁剪信号Tzvi Gershanik，Itay Levin和Daniel Rittel软件X 18（2022）1010933˜+=−0（||KCk˜了c了c−√=√图三. 在入射和反射信号的自相关之后重新定位反射和透射波- 事件，传输和反射。裁剪点是通过简单地搜索波的振幅改变其符号的地方找到的由于实验信号是自然的噪声，曲线平滑的过程中，应用Savitzky-Golay滤波器应用平滑是由用户定义的参数完成的，该参数可以在图四、3 个 实 验 的文件排 列 示 例 。每个分量的速度，并且是第k个傅立叶分量行进距离Δx所花费的时间。定义t=t−x：ε（x0+<$ x， t）‘Settings’此参数的正式名称为=−1{∑∞|我|·exp[i(2f t−（0）−（x））]}（二）过滤器的重要的是要注意这是在数据的副本上完成的，对软件的最终分析结果进行平滑。F哪里k=0 εk（ωk）πkφkφk2.2. 自相关一旦应用裁剪，反射波和透射波将及时重新定位，以匹配入射波，φ（是位置x处第j个傅立叶分量的增量x，当时间由新定义的t测量时。这以下方式：反射峰（图中的点（3））。 2）电子邮件与事件的峰值（图中的点（1））相匹配。2））使用自相关过程，并且发射波向后移动与反射波相同的量 图 3给出了结果的示意图。2.3. 最终计算和报告最后一步是计算所需数量增量是相速度差的结果，并且负责脉冲在其沿杆向下行进时的色散（当CjC0时，没有色散）。ck使用[13]中的表1进行插值。2BarG计算（等式（2））快速使用FFT（快速傅立叶变换）算法并自动相关入射波和反射波，如图所示。3.第三章。根据[14]，试样（应力、应变、力等）。计算完成后，结果将导出到每个实验文件夹中的CSV文件中ui=c0不（εr εi）dτ0（四）在用户指定的路径文件夹中，以及包含实验参数的文本文件。除非另有设置（在“设置”选项卡中ut= −c0不εtdτ0（五）并将保存在路径文件夹中作为HTML文件。该报告包含由分析数据、实验参数和计算的平均应变率生成的图表2.4. 软件功能在SHPB实验中，应变测量是在波传播通过的杆上进行的，而不是在试样本身上进行的（见图1中的实验装置）。①的人。因此，需要进行波色散校正。根据[12]，试样位置处的应变ε（x0+<$ x， t）其中c0是一维纵波速度，杆（c0ρ/E），εi，εr，εt分别为入射、反射和透射轴向应变。由于入射波和反射波之间的差（εrεi）是必需的积分（Eq.它们的自相关降低了由两个信号的和及其固有的高频振荡（等式（4））产生的噪声。（5））。3. 说明性实例3.1. 输入文件体系结构=F−1{∑∞|ε（iω）|·exp[i（2πf（t−<$x）−φ（0））]}文件名应该是X#.filetype，其中X是K Kk=0kckk（一）不包括数字，#是连续的数字。连续编号是必要的。编号方法取决于用户的偏好。一旦2BarG正确识别了文件，其中，εk（iωk）、φk、fk分别是位置x0处脉冲的第k个傅立叶分量的振幅、相位和频率，ωk=2πfk，F−1是傅立叶逆变换的符号，i是复数i= −1，ck是相位这些文件将被自动和方便地排列到实验文件夹中（见图1）。 4）.文件应该成对出现，否则由于程序无法识别∫∫Tzvi Gershanik，Itay Levin和Daniel Rittel软件X 18（2022）1010934图五. 实验入射、反射和透射信号示例，2级钛-压缩实验。见图6。色散校正和自相关对准后的入射波、透射波和反射波，由2 BarG计算，用于钛等级2 -压缩实验。文件. 2BarG接受以下格式的文件：CSV/ xlsx/ ASCII（txt）/FLT/WFT。3.2. 分析结果示例钛等级2 SHPB压缩实验的典型分析结果如下所示，见图11和图12。 五比八4. 影响2BarG提供了一种简化的分离式霍普金森压杆实验分析方法，帮助用户通过现代直观的界面快速获取所需数据，最大限度地减少用户参与。预计2BarG将被实验动力学社区广泛采用Tzvi Gershanik，Itay Levin和Daniel Rittel软件X 18（2022）1010935图7.第一次会议。以 2 级 钛 为 例 ， 通 过 2 B a r G - S H P B 压 缩 实 验 计 算 得 到 了 真 实 和 工 程 应 力 - 应 变 流 动 曲 线 。图8.第八条。 位移vs. 以2级钛为例，通过2BarG-SHPB压缩实验计算了钛的从而成为一种标准化的平台，通过该平台可以比较结果，包括以轮转的形式， 缺少一个统一的程序5. 结论2BarG是一个简单直观的程序，可以轻松、快速、可靠地处理各种分离式霍普金森（Kolsky）压杆结果，包括非标准样品。是希望2BarG将被采用作为材料动态测试的标准平台。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作Tzvi Gershanik，Itay Levin和Daniel Rittel软件X 18（2022）1010936致谢与博士的有益讨论S. 陈先生承认。阑尾 补充数据与本文相关的补充材料可以在https://doi.org/10.1016/j.softx.2022.101093上找到。引用[1] 兰登和昆尼。在：实验与H op压力棒。1923,p. 622-43[2] 迈耶斯马。材料的动态行为John Wiley Sons，Inc; 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