CN107884271B - 岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法 - Google Patents

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Abstract

岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，包括同轴向设置的入射压头、入射空腔夹、透射空腔夹和透射压头，入射空腔夹和透射空腔夹用于夹持哑铃型岩样；第一入射空腔半夹包括入射应力压杆、入射空腔半圆筒、入射连接杆和入射冲压半圆筒；第一透射空腔半夹包括透射反冲应力压杆、透射空腔半圆筒、透射连接杆和透射反冲半圆筒；入射连接杆和透射连接杆相互咬合围成空心筒，透射反冲半圆筒滑动连接在入射空腔半圆筒内，入射冲压半圆筒滑动连接在透射空腔半圆筒内。本发明同时公开了岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法。本发明能避免借助高强度胶粘结岩样与施力装置，有效消除冲拉试验过程中的偏心现象，提高岩石动态抗拉强度的测定精度。

Description

岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法
技术领域
本发明属于岩石动力学试验领域，涉及一种岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法。
背景技术
岩石在未受到爆破开挖等影响时处于静力学状态下，但实际岩石工程中的岩石多承受动态荷载，尤其是深部岩石工程涉及到硬岩，避免不了采用爆破开挖。抗压强度、抗拉强度是体现岩石承受静力荷载能量的两项重要指标。涉及到动态冲击荷载，动态抗压强度及动态抗拉强度也是体现岩石抗冲击能力的两项重要指标。
岩石是天然的地质材料，其内部特征较复杂，但其显著的特点是抗拉强度远小于抗压强度，因此造成岩石工程中岩体常出现拉剪破坏。当然，动态冲击荷载作用下岩石也常出现拉伸破坏现象，说明岩石的动态抗拉强度也远小于岩石的动态抗压强度，因此，研究冲击荷载作用下岩石的动态抗拉强度更具有理论意义及工程应用价值。
目前，实验室内岩石抗拉强度的测定方法有直接拉伸法和间接拉伸法两种：1）由于试验方法及配套装置的限制，直接拉伸法常借助高强度的胶将岩样与拉伸装置黏贴在一起，这造成了测定的结果受高强度胶和岩样两种材料的影响，误差较大。同时，对于抗拉强度较高的岩石，由于高强度胶的抗拉强度限制，造成直接拉伸法无法实施。动态冲击试验中，冲击荷载作用的时间极短，致使测出的数据受高强度胶的影响更大。2）巴西劈裂法是最普遍的间接拉伸法，其具有岩样加工简单的优点，但加载过程中，尤其是冲击荷载作用时，岩样内部应力非常复杂，与拉伸应力状态相差甚远，测出的结果误差更大。
目前国内外关于岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法的研究现状如下：
（1）《岩土工程学报》2007年第12期第29卷介绍了一种岩石动态直接拉伸试验方法，该方法的岩石试件与接头之间采用RDT-10000超强胶粘结，岩石试件的端部可嵌入接头内5mm，但胶的存在会对实验结果产生影响，且无法测抗拉强度超过胶的粘结强度的硬岩的动态抗拉强度。
（2）《岩石力学与工程学报》1998年第4期第17卷介绍了利用SHPB实验系统开展的岩石动态直接拉伸试验方法，仍采用了环形树脂作为辅助材料，测得的试验结果仍然不够精确。
SHPB实验系统即霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB）装置，该装置是目前测量材料各种动态力学性能的主要装置，可以获得材料在高应变率下的各种动态力学参数。SHPB试验系统包括试验台、冲头、入射杆、透射杆、缓冲杆、数据采集和显示设备。
综上所述，现有的实验室内岩石抗拉强度的测定方法，受到高强度胶的抗拉强度影响，或者无法模拟岩样的拉伸应力状态，测出的结果误差较大，现有技术中还没有一种结构简单，不借助高强度胶粘结岩样与施力装置，又可以有效避免冲拉试验过程中的偏心现象，且可重复利用的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法，可避免借助高强度胶粘结岩样与施力装置，还能够有效消除冲拉试验过程中的偏心现象，进而提高岩石动态抗拉强度的测定精度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，包括同轴向设置的入射压头、入射空腔夹、透射空腔夹和透射压头，入射空腔夹和透射空腔夹用于夹持哑铃型岩样；
入射空腔夹包括结构相同的第一入射空腔半夹和第二入射空腔半夹，透射空腔夹包括结构相同的第一透射空腔半夹和第二透射空腔半夹；
所述第一入射空腔半夹包括依次固定连接为一体的入射应力压杆、入射空腔半圆筒、入射连接杆和入射冲压半圆筒，入射应力压杆的端部向外开设有若干入射连接孔，各入射连接孔沿周向均布，入射空腔半圆筒的侧壁上开设有反冲排气孔；
所述第一透射空腔半夹包括依次固定连接为一体的透射反冲应力压杆、透射空腔半圆筒、透射连接杆和透射反冲半圆筒，透射反冲应力压杆的端部向外开设有若干透射连接孔，各透射连接孔沿周向均布，透射空腔半圆筒的侧壁上开设有冲击排气孔；
入射连接杆和透射连接杆相互咬合围成空心筒，空心筒的内径与哑铃型岩样的杆部直径相等，透射反冲半圆筒滑动连接在入射空腔半圆筒内，入射冲压半圆筒滑动连接在透射空腔半圆筒内；
所述入射压头包括依次固定连接为一体的入射应力转换杆、入射应力转换垫和入射器连接销，入射器连接销沿周向均布在入射应力转换垫上，入射器连接销安装在入射连接孔内，入射应力转换杆安装在SHPB试验系统的入射杆上，入射应力转换杆和SHPB试验系统的入射杆直径相同；
所述透射压头包括依次固定连接为一体的透射应力转换杆、透射应力转换垫和透射器连接销，透射器连接销沿周向均布在透射应力转换垫上，透射器连接销安装在透射连接孔内，透射应力转换杆安装在SHPB试验系统的透射杆上，透射应力转换杆和SHPB试验系统的透射杆直径相同；
第一入射空腔半夹的入射空腔半圆筒内壁、第二入射空腔半夹的入射空腔半圆筒内壁、入射应力压杆的内表面和透射反冲半圆筒的端面围成第一岩样端部放置腔，第一透射空腔半夹的透射空腔半圆筒内壁、第二透射空腔半夹的透射空腔半圆筒内壁、透射反冲应力压杆的内表面和入射冲压半圆筒的端面围成第二岩样端部放置腔，第一岩样端部放置腔和第二岩样端部放置腔的内径与哑铃型岩样端部的直径相等，哑铃型岩样的杆部放置在空心筒的空心位置，哑铃型岩样的两个端部分别夹持在第一岩样端部放置腔和第二岩样端部放置腔内。
本发明还包括固定支座，固定支座包括半圆托筒、支座架和若干滑动钢球，半圆托筒固定连接在支座架的顶部，滑动钢球沿半圆托筒的周向均匀嵌设在半圆托筒的内表面上，支座架通过固定螺栓、固定螺母垫片和固定螺母固定在SHPB试验系统的试验台上。滑动钢球可减少固定支座对入射空腔夹和透射空腔夹的摩擦阻力。
入射连接杆和透射连接杆的形状相同，将入射连接杆和透射连接杆相互咬合围成的空心筒等分为八份，八分之一空心筒即为入射连接杆或透射连接杆的形状；
入射空腔半圆筒包括第一半圆夹持部和第一连接部，第一半圆夹持部的内径等于透射反冲半圆筒的外径，第一连接部的中心开设有与哑铃型岩样的杆部相匹配的第一半圆槽，第一半圆槽与入射空腔半圆筒同轴向，从第一半圆槽的表面向第一连接部的内部开设有第一连接杆放置槽，透射连接杆安装在第一连接杆放置槽内；
透射空腔半圆筒包括第二半圆夹持部和第二连接部，第二半圆夹持部的内径等于入射冲压半圆筒的外径，第二连接部的中心开设有与哑铃型岩样的杆部相匹配的第二半圆槽，第二半圆槽与透射空腔半圆筒同轴向，从第二半圆槽的表面向第二连接部的内部开设有第二连接杆放置槽，入射连接杆安装在第二连接杆放置槽内。
固定支座的底部固定连接有支座垫片。
入射连接孔和透射连接孔均为盲孔，第一入射空腔半夹和第二入射空腔半夹中的入射连接孔均设有三个，第一透射空腔半夹和第二透射空腔半夹的透射连接孔均设有三个，入射器连接销和透射器连接销均设有六个。
使用岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法，包括以下步骤：
1）准备组件：准备好岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的各个组件；
2）安装固定支座：将固定支座的支座架通过固定螺栓、固定螺母垫片和固定螺母固定在SHPB试验系统的试验台上；
3）组装内部不放置哑铃型岩样的冲拉转换器；
4）将组装好的冲拉转换器放置在固定支座的半圆托筒内，调整固定支座的位置，使入射压头和透射压头的轴线与SHPB试验系统中的入射杆和透射杆的轴线在同一条直线上；
5）调试完毕后，配合SHPB试验系统测定冲拉转换器受试验设定气压冲击时产生的动态摩擦应力，计算公式见公式（1）：
（1）
式（1）中： 、/>、/>分别为冲击过程中的入射应力、反射应力、透射应力；
6）组装内部放置哑铃型岩样的冲拉转换器：将加工好的哑铃型岩样放置在入射空腔夹内部，然后组装透射空腔夹，最后组装入射压头和透射压头；
7）调试：将组装好的冲拉转换器放置在固定支座的半圆托筒内，调整固定支座的位置，使入射压头和透射压头的轴线与SHPB试验系统中的入射杆和透射杆的轴线在同一条直线上；
8） 调试完毕后，配合SHPB试验系统进行岩石动态直接拉伸试验；
9）数据整理：根据公式（2）（3）（4）初步计算出岩石动态直接拉伸试验中的拉伸应力、应变、应变率，公式如下：
（2）
（3）
（4）
式（2）至式（4）中：
、/>、/>分别为冲击过程中的入射应力、反射应力、透射应力；
、/>、/>分别为动态应力、应变率、应变；
、/>分别为弹性杆、岩样中部截面积；
、/>分别为弹性杆的弹性模量、纵波波速；
l为岩样的长度；
10）计算岩石试件冲拉破坏后的动态抗拉强度，通过动态冲击试验测定的动态拉伸应力和动态摩擦应力/>的差值来表示，计算公式如下：
（5）
式（5）中： 为测定的岩石试件的动态抗拉强度。
步骤（6）中组装内部放置哑铃型岩样的冲拉转换器的具体步骤为：
a）将第一入射空腔半夹和第一透射空腔半夹组合在一起，组成一半冲拉转换器，即将透射反冲半圆筒放置在入射空腔半圆筒内，且使透射反冲半圆筒和入射空腔半圆筒紧密接触，组合后形成半哑铃型空腔；
b）取哑铃型岩样，放置在组合后的半哑铃型空腔内；
c）将第二入射空腔半夹和第二透射空腔半夹组合在一起，组成另一半冲拉转换器；
d）将两半冲拉转换器组合在一起，形成一个完整体；
e）取入射压头，将入射压头的入射器连接销对准入射连接孔安装并将两部分冲拉转换器的一端固定为一体；
f）取透射压头，将透射压头的透射器连接销对准透射连接孔安装并将两部分冲拉转换器的另一端固定为一体。
步骤（3）中组装内部不放置哑铃型岩样的冲拉转换器的具体步骤与步骤（6）中组装内部放置哑铃型岩样的冲拉转换器的具体步骤之间的区别为：步骤（3）中去掉步骤b) 取哑铃型岩样，放置在组合后的半哑铃型空腔内。
采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
试验过程中采用的哑铃型岩样，可将试验过程中的冲击应力转换成拉伸应力。
当SHPB试验系统施加冲击应力时，入射杆冲击入射压头，带动入射空腔夹移动，由于透射杆借助透射压头施加反力，阻止透射空腔夹移动，最终入射空腔夹和透射空腔夹之间产生相对移动，哑铃型岩样的两个端部分别承受冲击应力，并将冲击应力通过哑铃型岩样的杆部转换成拉伸应力，从而测出岩样的动态抗拉强度。
在岩石动态直接拉伸试验中，将组装好的冲拉转换器放置在固定支座的半圆托筒内，固定支座可将冲拉转换器固定在SHPB试验系统的试验台上，使冲拉转换器只能沿轴向运动不能沿横向运动，半圆托筒的内表面上嵌设的滑动钢球可减少固定支座对入射空腔夹和透射空腔夹的摩擦阻力。
由于入射空腔夹和透射空腔夹组装后形成的第一岩样端部放置腔和第二岩样端部放置腔的内径与哑铃型岩样端部的直径相等，冲拉时可对哑铃型岩样承受的偏心力进行校正，有效的解决了偏心问题；由于哑铃型岩样的杆部（即哑铃型岩样的中间部位）直径与空心筒的内径相等，可实现哑铃型岩样的对中。入射空腔夹上的反冲排气孔和透射空腔夹上的冲击排气孔可分别排出第一岩样端部放置腔和第二岩样端部放置腔内的空气，使冲拉转换器的内外气压一致。
本发明中的冲拉转换器为分体结构，结构简单，安装方便，可进行重复利用，具有较强的使用价值。
综上，采用本发明的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法可开展岩石的动态直接拉伸试验，和其它测定岩石动态抗拉强度的方法相比，如动态巴西劈裂法、高强度胶辅助的动态直接拉伸法等，具有明显的优势。该装置避免了高强度胶和应力集中对试验结果的影响，且冲拉转换器的入射空腔夹和透射空腔夹可校正哑铃型岩样发生的偏移，有效的避免了岩石动态直接拉伸试验过程中的偏心效应，可精确的测定岩石在动态拉伸条件下的动态抗拉强度等参数。
附图说明
图1是本发明中岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的结构示意图；
图2是本发明中固定支座的结构示意图；
图3是图1的Ⅱ-Ⅱ剖面示意图（图1是图3的Ⅰ-Ⅰ剖面示意图）；
图4是图1的Ⅲ- Ⅲ剖面示意图；
图5是图1的Ⅳ- Ⅳ剖面示意图；
图6是图1的Ⅴ- Ⅴ剖面示意图；
图7是图1的Ⅵ- Ⅵ剖面示意图；
图8是图1中入射空腔半圆筒的截面示意图；
图9是图1中透射空腔半圆筒的截面示意图；
图10是本发明中使用岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法的试验系统装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图10所示，本发明的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，包括同轴向设置的入射压头1、入射空腔夹、透射空腔夹和透射压头4，入射空腔夹和透射空腔夹用于夹持哑铃型岩样10；
入射空腔夹包括结构相同的第一入射空腔半夹2和第二入射空腔半夹60，透射空腔夹包括结构相同的第一透射空腔半夹3和第二透射空腔半夹70；
所述第一入射空腔半夹2包括依次固定连接为一体的入射应力压杆21、入射空腔半圆筒23、入射连接杆24和入射冲压半圆筒25，入射应力压杆21的端部向外开设有若干入射连接孔22，各入射连接孔22沿周向均布，入射空腔半圆筒23的侧壁上开设有反冲排气孔26；
所述第一透射空腔半夹3包括依次固定连接为一体的透射反冲应力压杆31、透射空腔半圆筒33、透射连接杆34和透射反冲半圆筒35，透射反冲应力压杆31的端部向外开设有若干透射连接孔32，各透射连接孔32沿周向均布，透射空腔半圆筒33的侧壁上开设有冲击排气孔36；
入射连接杆24和透射连接杆34相互咬合围成空心筒，空心筒的内径与哑铃型岩样10的杆部直径相等，入射连接杆24和透射连接杆34之间能够相对滑动，透射反冲半圆筒35滑动连接在入射空腔半圆筒23内，入射冲压半圆筒25滑动连接在透射空腔半圆筒33内；
所述入射压头1包括依次固定连接为一体的入射应力转换杆11、入射应力转换垫12和入射器连接销13，入射器连接销13沿周向均布在入射应力转换垫12上，入射器连接销13安装在入射连接孔22内，入射应力转换杆11安装在SHPB试验系统的入射杆90上，入射应力转换杆11和SHPB试验系统的入射杆90直径相同；
所述透射压头4包括依次固定连接为一体的透射应力转换杆41、透射应力转换垫42和透射器连接销43，透射器连接销43沿周向均布在透射应力转换垫42上，透射器连接销43安装在透射连接孔32内，透射应力转换杆41安装在SHPB试验系统的透射杆91上，透射应力转换杆41和SHPB试验系统的透射杆91直径相同；
第一入射空腔半夹2的入射空腔半圆筒23内壁、第二入射空腔半夹60的入射空腔半圆筒23内壁、入射应力压杆21的内表面和透射反冲半圆筒35的端面围成第一岩样端部放置腔80，第一透射空腔半夹3的透射空腔半圆筒33内壁、第二透射空腔半夹70的透射空腔半圆筒33内壁、透射反冲应力压杆31的内表面和入射冲压半圆筒25的端面围成第二岩样端部放置腔81，第一岩样端部放置腔80和第二岩样端部放置腔81的内径与哑铃型岩样10端部的直径相等，哑铃型岩样10的杆部放置在空心筒的空心位置，哑铃型岩样10的两个端部分别夹持在第一岩样端部放置腔80和第二岩样端部放置腔81内。
本发明还包括固定支座5，固定支座5包括半圆托筒51、支座架52和若干滑动钢球53，半圆托筒51固定连接在支座架52的顶部，滑动钢球53沿半圆托筒51的周向均匀嵌设在半圆托筒51的内表面上，支座架52通过固定螺栓8、固定螺母垫片7和固定螺母6固定在SHPB试验系统的试验台上。滑动钢球53可减少固定支座5对入射空腔夹和透射空腔夹的摩擦阻力。
入射连接杆24和透射连接杆34的形状相同，将入射连接杆24和透射连接杆34相互咬合围成的空心筒等分为八份，八分之一空心筒即为入射连接杆24或透射连接杆34的形状；
入射空腔半圆筒23包括第一半圆夹持部231和第一连接部232，第一半圆夹持部231的内径等于透射反冲半圆筒35的外径，第一连接部232的中心开设有与哑铃型岩样10的杆部相匹配的第一半圆槽233，第一半圆槽233与入射空腔半圆筒23同轴向，从第一半圆槽233的表面向第一连接部232的内部开设有第一连接杆放置槽234，透射连接杆34安装在第一连接杆放置槽234内；
透射空腔半圆筒33包括第二半圆夹持部和第二连接部332，第二半圆夹持部的内径等于入射冲压半圆筒25的外径，第二连接部332的中心开设有与哑铃型岩样10的杆部相匹配的第二半圆槽333，第二半圆槽333与透射空腔半圆筒33同轴向，从第二半圆槽333的表面向第二连接部332的内部开设有第二连接杆放置槽334，入射连接杆24安装在第二连接杆放置槽334内。
固定支座5的底部固定连接有支座垫片9。
入射连接孔22和透射连接孔32均为盲孔，第一入射空腔半夹2和第二入射空腔半夹60中的入射连接孔22均设有三个，第一透射空腔半夹3和第二透射空腔半夹70的透射连接孔32均设有三个，入射器连接销13和透射器连接销43均设有六个。
使用岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法，包括以下步骤：
1）准备组件：准备好岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的各个组件；
2）安装固定支座5：将固定支座5的支座架52通过固定螺栓8、固定螺母垫片7和固定螺母6固定在SHPB试验系统的试验台上；
3）组装内部不放置哑铃型岩样10的冲拉转换器；
4）将组装好的冲拉转换器放置在固定支座5的半圆托筒51内，调整固定支座5的位置，使入射压头1和透射压头4的轴线与SHPB试验系统中的入射杆90和透射杆91的轴线在同一条直线上；
5）调试完毕后，配合SHPB试验系统测定冲拉转换器受试验设定气压冲击时产生的动态摩擦应力，计算公式见公式（1）：
（1）
式（1）中： 、/>、/>分别为冲击过程中的入射应力、反射应力、透射应力；
6）组装内部放置哑铃型岩样10的冲拉转换器：将加工好的哑铃型岩样10放置在入射空腔夹内部，然后组装透射空腔夹，最后组装入射压头1和透射压头4；
7）调试：将组装好的冲拉转换器放置在固定支座5的半圆托筒51内，调整固定支座5的位置，使入射压头1和透射压头4的轴线与SHPB试验系统中的入射杆90和透射杆91的轴线在同一条直线上；
8） 调试完毕后，配合SHPB试验系统进行岩石动态直接拉伸试验；
9）数据整理：根据公式（2）（3）（4）初步计算出岩石动态直接拉伸试验中的拉伸应力、应变、应变率，公式如下：
（2）
（3）
（4）
式（2）至式（4）中：
、/>、/>分别为冲击过程中的入射应力、反射应力、透射应力；
、/>、/>分别为动态应力、应变率、应变；
、/>分别为弹性杆、岩样中部截面积；
、/>分别为弹性杆的弹性模量、纵波波速；
l为岩样的长度；
10）计算岩石试件冲拉破坏后的动态抗拉强度，通过动态冲击试验测定的动态拉伸应力和动态摩擦应力/>的差值来表示，计算公式如下：
（5）
式（5）中： 为测定的岩石试件的动态抗拉强度。
步骤（6）中组装内部放置哑铃型岩样10的冲拉转换器的具体步骤为：
a）将第一入射空腔半夹2和第一透射空腔半夹3组合在一起，组成一半冲拉转换器，即将透射反冲半圆筒35放置在入射空腔半圆筒23内，且使透射反冲半圆筒35和入射空腔半圆筒23紧密接触，组合后形成半哑铃型空腔；
b）取哑铃型岩样10，放置在组合后的半哑铃型空腔内；
c）将第二入射空腔半夹60和第二透射空腔半夹70组合在一起，组成另一半冲拉转换器；
d）将两半冲拉转换器组合在一起，形成一个完整体；
e）取入射压头1，将入射压头1的入射器连接销13对准入射连接孔22安装并将两部分冲拉转换器的一端固定为一体；
f）取透射压头4，将透射压头4的透射器连接销43对准透射连接孔32安装并将两部分冲拉转换器的另一端固定为一体。
步骤（3）中组装内部不放置哑铃型岩样10的冲拉转换器的具体步骤与步骤（6）中组装内部放置哑铃型岩样10的冲拉转换器的具体步骤之间的区别为：步骤（3）中去掉步骤b) 取哑铃型岩样10，放置在组合后的半哑铃型空腔内。
当SHPB试验系统施加冲击应力时，入射杆90冲击入射压头1，带动入射空腔夹移动，由于透射杆91借助透射压头4施加反力，阻止透射空腔夹移动，最终入射空腔夹和透射空腔夹之间产生相对移动，哑铃型岩样10的两个端部分别承受冲击应力，并将冲击应力通过哑铃型岩样10的杆部转换成拉伸应力，从而测出岩样的动态抗拉强度。
本发明的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法，可推广用于混凝土等其它材料的动态拉伸力学参数的测定，具有广泛的应用价值。
所述SHPB试验系统为现有常规装置，具体结构不再详述。本发明中公式（2）、（3）和（4）为中南工业大学出版社，1994年12月出版的《岩石冲击动力学》内关于SHPB试验数据处理的公式。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，其特征在于：包括同轴向设置的入射压头、入射空腔夹、透射空腔夹和透射压头，入射空腔夹和透射空腔夹用于夹持哑铃型岩样；
入射空腔夹包括结构相同的第一入射空腔半夹和第二入射空腔半夹，透射空腔夹包括结构相同的第一透射空腔半夹和第二透射空腔半夹；
所述第一入射空腔半夹包括依次固定连接为一体的入射应力压杆、入射空腔半圆筒、入射连接杆和入射冲压半圆筒，入射应力压杆的端部向外开设有若干入射连接孔，各入射连接孔沿周向均布，入射空腔半圆筒的侧壁上开设有反冲排气孔；
所述第一透射空腔半夹包括依次固定连接为一体的透射反冲应力压杆、透射空腔半圆筒、透射连接杆和透射反冲半圆筒，透射反冲应力压杆的端部向外开设有若干透射连接孔，各透射连接孔沿周向均布，透射空腔半圆筒的侧壁上开设有冲击排气孔；
入射连接杆和透射连接杆相互咬合围成空心筒，空心筒的内径与哑铃型岩样的杆部直径相等，透射反冲半圆筒滑动连接在入射空腔半圆筒内，入射冲压半圆筒滑动连接在透射空腔半圆筒内；
所述入射压头包括依次固定连接为一体的入射应力转换杆、入射应力转换垫和入射器连接销，入射器连接销沿周向均布在入射应力转换垫上，入射器连接销安装在入射连接孔内，入射应力转换杆安装在SHPB试验系统的入射杆上，入射应力转换杆和SHPB试验系统的入射杆直径相同；
所述透射压头包括依次固定连接为一体的透射应力转换杆、透射应力转换垫和透射器连接销，透射器连接销沿周向均布在透射应力转换垫上，透射器连接销安装在透射连接孔内，透射应力转换杆安装在SHPB试验系统的透射杆上，透射应力转换杆和SHPB试验系统的透射杆直径相同；
第一入射空腔半夹的入射空腔半圆筒内壁、第二入射空腔半夹的入射空腔半圆筒内壁、入射应力压杆的内表面和透射反冲半圆筒的端面围成第一岩样端部放置腔，第一透射空腔半夹的透射空腔半圆筒内壁、第二透射空腔半夹的透射空腔半圆筒内壁、透射反冲应力压杆的内表面和入射冲压半圆筒的端面围成第二岩样端部放置腔，第一岩样端部放置腔和第二岩样端部放置腔的内径与哑铃型岩样端部的直径相等，哑铃型岩样的杆部放置在空心筒的空心位置，哑铃型岩样的两个端部分别夹持在第一岩样端部放置腔和第二岩样端部放置腔内；
还包括固定支座，固定支座包括半圆托筒、支座架和若干滑动钢球，半圆托筒固定连接在支座架的顶部，滑动钢球沿半圆托筒的周向均匀嵌设在半圆托筒的内表面上，支座架通过固定螺栓、固定螺母垫片和固定螺母固定在SHPB试验系统的试验台上；
入射连接杆和透射连接杆的形状相同，将入射连接杆和透射连接杆相互咬合围成的空心筒等分为八份，八分之一空心筒即为入射连接杆或透射连接杆的形状；
入射空腔半圆筒包括第一半圆夹持部和第一连接部，第一半圆夹持部的内径等于透射反冲半圆筒的外径，第一连接部的中心开设有与哑铃型岩样的杆部相匹配的第一半圆槽，第一半圆槽与入射空腔半圆筒同轴向，从第一半圆槽的表面向第一连接部的内部开设有第一连接杆放置槽，透射连接杆安装在第一连接杆放置槽内；
透射空腔半圆筒包括第二半圆夹持部和第二连接部，第二半圆夹持部的内径等于入射冲压半圆筒的外径，第二连接部的中心开设有与哑铃型岩样的杆部相匹配的第二半圆槽，第二半圆槽与透射空腔半圆筒同轴向，从第二半圆槽的表面向第二连接部的内部开设有第二连接杆放置槽，入射连接杆安装在第二连接杆放置槽内。
2.根据权利要求1所述的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，其特征在于：固定支座的底部固定连接有支座垫片。
3.根据权利要求2所述的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，其特征在于：入射连接孔和透射连接孔均为盲孔，第一入射空腔半夹和第二入射空腔半夹中的入射连接孔均设有三个，第一透射空腔半夹和第二透射空腔半夹的透射连接孔均设有三个，入射器连接销和透射器连接销均设有六个。
4.使用权利要求3所述的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)准备组件：准备好岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的各个组件；
2)安装固定支座：将固定支座的支座架通过固定螺栓、固定螺母垫片和固定螺母固定在SHPB试验系统的试验台上；
3)组装内部不放置哑铃型岩样的冲拉转换器；
4)将组装好的冲拉转换器放置在固定支座的半圆托筒内，调整固定支座的位置，使入射压头和透射压头的轴线与SHPB试验系统中的入射杆和透射杆的轴线在同一条直线上；
5)调试完毕后，配合SHPB试验系统测定冲拉转换器受试验设定气压冲击时产生的动态摩擦应力σf(t)，计算公式见公式(1)：
式(1)中：σI(t)、σR(t)、σT(t)分别为冲击过程中的入射应力、反射应力、透射应力；
6)组装内部放置哑铃型岩样的冲拉转换器：将加工好的哑铃型岩样放置在入射空腔夹内部，然后组装透射空腔夹，最后组装入射压头和透射压头；
7)调试：将组装好的冲拉转换器放置在固定支座的半圆托筒内，调整固定支座的位置，使入射压头和透射压头的轴线与SHPB试验系统中的入射杆和透射杆的轴线在同一条直线上；
8)调试完毕后，配合SHPB试验系统进行岩石动态直接拉伸试验；
9)数据整理：根据公式(2)(3)(4)初步计算出岩石动态直接拉伸试验中的拉伸应力、应变、应变率，公式如下：
式(2)至式(4)中：
σI(t)、σR(t)、σT(t)分别为冲击过程中的入射应力、反射应力、透射应力；
σs(t)、εs(t)分别为动态应力、应变率、应变；
A、AS分别为弹性杆、岩样中部截面积；
E、C分别为弹性杆的弹性模量、纵波波速；
l为岩样的长度；
10)计算岩石试件冲拉破坏后的动态抗拉强度，通过动态冲击试验测定的动态拉伸应力σs(t)和动态摩擦应力σf(t)的差值来表示，计算公式如下：
σt＝σs(t)-σf(t) (5)
式(5)中：σt为测定的岩石试件的动态抗拉强度。
5.根据权利要求4所述的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法，其特征在于：步骤(6)中组装内部放置哑铃型岩样的冲拉转换器的具体步骤为：
a)将第一入射空腔半夹和第一透射空腔半夹组合在一起，组成一半冲拉转换器，即将透射反冲半圆筒放置在入射空腔半圆筒内，且使透射反冲半圆筒和入射空腔半圆筒紧密接触，组合后形成半哑铃型空腔；
b)取哑铃型岩样，放置在组合后的半哑铃型空腔内；
c)将第二入射空腔半夹和第二透射空腔半夹组合在一起，组成另一半冲拉转换器；
d)将两半冲拉转换器组合在一起，形成一个完整体；
e)取入射压头，将入射压头的入射器连接销对准入射连接孔安装并将两部分冲拉转换器的一端固定为一体；
f)取透射压头，将透射压头的透射器连接销对准透射连接孔安装并将两部分冲拉转换器的另一端固定为一体。
6.根据权利要求5所述的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法，其特征在于：步骤(3)中组装内部不放置哑铃型岩样的冲拉转换器的具体步骤与步骤(6)中组装内部放置哑铃型岩样的冲拉转换器的具体步骤之间的区别为：步骤(3)中去掉步骤b)取哑铃型岩样，放置在组合后的半哑铃型空腔内。
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