CN101852705A - 多次冲击下材料动态损伤的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多次冲击下材料动态损伤的评价方法，步骤如下：第一步：采用超声波法测量并计算冲击试验前试件中的原始平均波速v0；第二步：对试件进行多次冲击试验；第三步：采用超声波法测量并计算试件在第n次冲击后的平均波速vn；第四步：计算试件在第n次冲击后的损伤因子：Dn＝1-vn 2/v0 2；第五步：计算至少3个相同材料组成的试件在第n次冲击后损伤因子的算术平均值
，用不同冲击次数下的来评价该材料的动态损伤程度。本发明测量方法简便，适用于测量各种不同性质的材料，可用于材料和结构在爆炸、冲击、侵彻等动态荷载作用下损伤程度的定量评价，提高了评价方法的准确性和可靠性，可以对不同材料的抗多次冲击性能进行定量比较和评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价方法，特别是涉及一种材料在多次冲击下动态损伤的评价方法。
背景技术
高新技术武器、恐怖主义袭击、突发性的爆炸和撞击事故对现有防护材料和防护结构提出了严峻挑战。防护工程结构在使用中常常受到多次冲击荷载的作用，因此必须进行材料抗多次冲击设计，抑制材料在多次冲击下的损伤开裂过程，提高防护工程结构的抗多次打击的能力。中国科技大学胡时胜、张磊等通过SHPB装置对混凝土长杆形试件进行了低速重复加载，结果表明在试件内部存在损伤演化，而且这种演化还有个累计过程(混凝土材料层裂强度的实验研究，工程力学，2004，21(4)：128-132)。哈尔滨工业大学潘景龙等采用电液伺服试验机进行了FRP约束混凝土圆柱体试件多次打击试验，应变率为0.2/s，结果表明经每次打击后的材料的刚度逐渐衰减，但有收敛趋势，经受多次打击后的试件与未经受多次打击的试件相比，其准静载下的初始弹性模量降低，强度基本不变，极限应变提高(武器间接命中条件下FRP约束混凝土抗多次打击能力，复合材料学报，2004，21(5)：128-133)。文献中的多次冲击试验均在较低的应变率下进行，且没有给出材料在多次冲击下损伤程度的变化过程和定量评价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种材料在多次冲击下动态损伤程度的定量评价方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种多次冲击下材料动态损伤的评价方法，步骤如下：
第一步：采用超声波法测量并计算冲击试验前试件中的原始平均波速v0；
第二步：对试件进行多次冲击试验；
第三步：采用超声波法测量并计算试件在第n次冲击后的平均波速vn；
第四步：计算试件在第n次冲击后的损伤因子：Dn＝1-vn 2/v0 2；
第五步：计算至少3个相同材料组成的试件在第n次冲击后损伤因子的算术平均值
用不同冲击次数下的
来评价该材料的动态损伤程度。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明采用超声波无损探测技术，在不破坏材料自身状态的情况下，定量测量材料的动态损伤，测量方法简便，适用于测量各种不同性质的材料，可用于材料和结构在爆炸、冲击、侵彻等动态荷载作用下损伤程度的定量评价。本发明通过在试件多个不同位置进行测量和对多个试件进行测量并取算术平均值，提高了评价方法的准确性和可靠性。本发明定义了材料在不同冲击次数下的动态损伤因子，通过该因子的定量变化过程，可以对不同材料的抗多次冲击性能进行定量比较和评价。本发明将在国防和人防工程、核设施防护工程、石化防爆工程的抗多次冲击设计领域得到广泛应用，评价和提高防护工程结构的抗多次打击能力。
附图说明
附图为本发明的超声波法测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明多次冲击下材料动态损伤的评价方法，步骤如下：
第一步：采用超声波法测量并计算冲击试验前试件中的原始平均波速v0，平均波速为试件上至少5个不同位置波速v的算术平均值。其中v＝L/t，t为超声波在试件前后表面的传播时间，L为试件前后表面的距离；
第二步：对试件进行多次冲击试验；
第三步：采用超声波法测量并计算试件在第n次冲击后的平均波速vn，平均波速为试件上至少5个不同位置波速v的算术平均值；
第四步：计算试件在第n次冲击后的损伤因子：Dn＝1-vn 2/v0 2；
第五步：计算至少3个相同材料组成的试件在第n次冲击后损伤因子的算术平均值
用不同冲击次数下的来评价该材料的动态损伤程度。
如附图所示，在上述各步骤中的超声波法测量装置包括超声波探测仪1、发射器2、试件3和接收器4。在试件的两平行表面上涂上黄油作为耦合剂，由发射器产生的超声波经过一定厚度的试件后被接收器接收。
在上述各步骤中，冲击试验可以采用落锤、分离式霍普金森压杆、爆炸加载等能产生高应变率荷载的方法。
本发明将在国防和人防工程、核设施防护工程、石化防爆工程的抗多次冲击设计领域得到广泛应用，评价和提高防护工程结构的抗多次打击能力。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明采用直径为74mm的分离式霍普金森压杆对不同组成的材料进行了多次冲击试验，试件为直径70mm、厚度34mm的圆柱体。试件的上下表面经高精度磨床打磨，确保两端面不平度公差≤0.02mm。
实施例1
采用分离式霍普金森压杆对表1中材料A进行了多次冲击试验中，第一次冲击的弹速为18m/s，此后各次冲击的弹速均为22m/s。表2中列出了测试结果。
实施例2
采用分离式霍普金森压杆对表1中材料B进行了多次冲击试验中，第一次冲击的弹速为18m/s，此后各次冲击的弹速均为22m/s。表2中列出了测试结果。
实施例3
采用分离式霍普金森压杆对表1中材料C进行了多次冲击试验中，第一次冲击的弹速为18m/s，此后各次冲击的弹速均为22m/s。表2中列出了测试结果。
从试验数据可以看出，材料A不含增强纤维，因此抗多次冲击性能较低，经过2次冲击后材料的平均损伤因子为1，材料完全破碎。材料B中含3％的增强纤维，抗多次冲击的能力有所提高，平均损伤因子的发展速度较慢，经过5次冲击后达到0.95，材料完全破坏。材料C含4％的增强纤维，抗多次冲击能力最强，每次冲击后的平均损伤因子均低于前两种材料。经过5次冲击后材料C的平均损伤因子仅为0.47，材料虽然开裂，但裂而不散，仍保持一定的完整性。因此本发明提出平均损伤因子
可以定量评价材料在多次冲击下的损伤过程，在相同的冲击荷载作用下，
越小，材料的抗冲击性能越强。
表1
表2
Claims (2)
1.一种多次冲击下材料动态损伤的评价方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
第一步：采用超声波法测量并计算冲击试验前试件中的原始平均波速v0；
第二步：对试件进行多次冲击试验；
第三步：采用超声波法测量并计算试件在第n次冲击后的平均波速vn；
第四步：计算试件在第n次冲击后的损伤因子：Dn＝1-vn 2/v0 2；
第五步：计算至少3个相同材料组成的试件在第n次冲击后损伤因子的算术平均值
用不同冲击次数下的
来评价该材料的动态损伤程度。
2.根据权利要求1所述的多次冲击下材料动态损伤的评价方法，其特征在于：第一步和第三步中所述的平均波速为试件上至少5个不同位置波速v的算术平均值，其中v＝L/t，t为超声波在试件前后表面的传播时间，L为试件前后表面的距离。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20101006 |