CN103439197B - 高应变率条件下研究粘弹性材料ii型断裂的剪切试件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高应变率条件下研究粘弹性材料II型断裂的剪切试件，圆柱体的一端设置有径向贯穿槽，另一端设置有径向贯穿凸台，圆柱体的直径和高小于或等于实验用霍普金森杆的直径，径向贯穿槽和径向贯穿凸台平行，径向贯穿凸台的端面与径向贯穿槽的底面面积相等，且为圆柱截面面积的一半；径向贯穿槽的两端沿径向贯穿槽的侧端面方向设置预制裂纹；本发明结构较为简单，满足了波在试件中的传播及计算方法的要求；可以使用该试件研究金属、脆性和粘弹性材料在霍普金森压杆和准静态实验中的力学特性，使得实验结果具有可比性。
Description
技术领域
本发明属于材料性能测试领域，特别是一种高应变率条件下研究粘弹性材料II型断裂的剪切试件。
背景技术
由于静态或准静态条件下材料力学性能研究已经不能满足材料在各种工作环境下所表现出出来的力学性能，Hopkinson首先提出了霍普金森压杆用于研究材料在高应变率受力条件下的力学响应，用以研究材料在高应变率下的动态力学行为及其数学模型-材料动态本构关系开始，SHPB（分离式霍普金森杆）就提出两个基本假设：1、杆中一维应力波假设；2、短试件应力/应变沿其长度均匀分布假设。
目前该实验装置已经广泛地应用到了研究各种材料在撞击实验条件下的力学性能。由于实验装置的特殊性，从尺寸和形状多方面对试件做出了限制，尤其是II型剪切试件，同时要满足可忽略惯性影响和形成剪切力。现有的一些II型剪切试件也可以适用于实验装置，但是，这些试件只限于大部分金属的脆性材料，对于粘弹性材料在加工和试验过程中，都是不适用的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既可以用来研究脆性材料在准静态和高应变率下的II型断裂性能，又可以用于研究粘弹性材料在准静态和高应变率下的II型断裂性能的剪切试件。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种高应变率条件下研究粘弹性材料II型断裂的剪切试件，圆柱体的一端设置有径向贯穿槽，另一端设置有径向贯穿凸台，圆柱体的直径和高小于或等于实验用霍普金森杆的直径，径向贯穿槽和径向贯穿凸台平行，径向贯穿凸台的端面与径向贯穿槽的底面面积相等，且为圆柱截面面积的一半；径向贯穿槽的两端沿径向贯穿槽的侧端面方向设置预制裂纹。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
本发明结构较为简单，满足了波在试件中的传播及计算方法的要求；可以使用该试件研究金属、脆性和粘弹性材料在霍普金森压杆和准静态实验中的力学特性，使得实验结果具有可比性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
结合图1：
本发明公开了一种高应变率条件下研究粘弹性材料II型断裂的剪切试件，圆柱体1的一端设置有径向贯穿槽3，另一端设置有径向贯穿凸台2，圆柱体1的直径和高小于或等于实验用霍普金森杆的直径，径向贯穿槽3和径向贯穿凸台2平行，径向贯穿凸台2的端面与径向贯穿槽3的底面面积相等，且为圆柱截面面积的一半；径向贯穿槽3的两端沿径向贯穿槽3的侧端面方向设置预制裂纹5。
预制裂纹5在试件的轴向的长度小于试件长度的1/3。
将试验材料首先加工成直径和高相等的圆柱体，使圆柱体的直径和高均小于或等于霍普金森压杆实验装置杆的直径，这样惯性作用对实验的影响就可以忽略不计，然后在铣床上加工平行且贯穿径向的凸台和槽，最后在槽的两侧加工预制裂纹5，这样试件就加工完成。
在试验中，入射杆与紧密剪切试件的接触面4使得入射波从入射杆传入试件；再通过透射杆与紧密剪切试件的接触面6，使得波从试件传入透射杆；最终波被吸收杆吸收。在紧密剪切试件的设计过程中，我们将入射杆与紧密剪切试件的接触面4的面积与透射杆与紧密剪切试件的接触面6的面积加工的相同，从而使得当试件处于动态力平衡时，试件两端的应力分布也相同即入射波与反射波的和等于透射波，满足了霍普金森压杆对试件的要求。
同时该试件可用于金属、脆性和粘弹性材料在高应变率和准静态条件下的实验。
Claims (2)
1.一种高应变率条件下研究粘弹性材料II型断裂的剪切试件，其特征在于：圆柱体（1）的一端设置有径向贯穿槽（3），另一端设置有径向贯穿凸台（2），圆柱体（1）的直径和高小于或等于实验用霍普金森杆的直径，径向贯穿槽（3）和径向贯穿凸台（2）平行，径向贯穿凸台（2）的端面与径向贯穿槽（3）的底面面积相等，且为圆柱截面面积的一半；径向贯穿槽（3）的两端沿径向贯穿槽（3）的侧端面方向设置预制裂纹（5）。
2.根据权利要求1所述的一种高应变率条件下研究粘弹性材料II型断裂的剪切试件，其特征在于：所述的预制裂纹（5）在试件的轴向的长度小于试件长度的1/3。
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