霍普金森杆实验的应用必须遵从2个基本假定,即一维应力波假定和试样应力均匀性假定.这2个基本假定使得霍普金森压杆实验中的惯性效应和应变率效应解耦,使得问题得以简化.
弥散效应
应力脉冲的各个谐波是以各自的速度传播,高频波的传播速度慢,低频波的传播速度快.随着应力脉冲在杆中的传播,不同频率的波会产生相位差导致应力脉冲在弹性杆中发生弥散.弥散效应会使测得的应力波波形在波峰上出现高频振荡,这种振荡一般会掩盖材料本身的力学特性,甚至还可能会误把出现的第一个振荡当成材料的屈服极限.在实验中,为尽量减小弥散效应对实验的影响,尽量减小弹性杆的半径,也可增加子弹的长度(增 加 入 射 波 的 波 长), 这是对实验装置的设计要求. 此外,可在冲击端加上一层软介质,即波形整形器,用以过滤掉高频波,从而减小振荡.
惯性效应
在霍普金森实验中,试样的变形速率很高,外部对试样做的功,除了转化为试样的变形能以外,还会有一部分转化为试样的横向动能和纵向动能,即试样质点引起的惯性效应.在研究材料的本身特性时,一般只关心变形和力的关系,即只考虑应变能,因此在确定试样的应力时,必须消除惯性效应引起的附加应力.
试样的惯性效应和界面的摩擦效应所导致的应力应变曲线的偏差很容易被人们误认为是应变率效应,此需要在实验中和处理数据时加以注意.
波动效应
在霍普金森实验中,应力波在试样内部只需两到三个来回,试样的状态就可以达到均匀,这个时间远远小于应力波脉冲的宽度.因此,试样在应力波脉冲作用的大部分时间内都是处于应力均匀状态.但事实上,在应力波脉冲作用于试样的最开始阶段,试样内部的应力状态是不均匀的,即试样的波动效应.
在实际情况下,对于绝大部分材料而言,应力波在试样中传播时,既包含弹性波又包含塑性波,只以弹性波或只以塑性波计算得到的结果都是不符合实际的,按弹性波计算得到的均匀化时间偏低,而按塑性波计算得到的均匀化时间偏高.
二维效应
二维效应主要影响试样和霍普金森杆设备的弹性杆之间的直径比.