CN108982254A - 研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩石力学及采矿工程领域，尤其是涉及一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台及实验方法。实验平台包括抗冲击试验机、等离子爆破系统、非接触式高速摄像全场应变分析系统，实验方法应用该实验平台。本发明通过上述实验平台和方法，可安全、精确的对不同尺寸规格的脆性材料试件进行爆破破裂过程实验。本发明的实验平台和实验方法无需炸药、能够适用于大尺寸试件、能够模拟高静应力环境、且无地域局限性的研究脆性材料等离子爆破破裂过程。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学及采矿工程领域，尤其是涉及一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台及实验方法。
背景技术
随着浅部矿产资源日益减少，国内外大量矿山相继进入深部开采。赋存于深部的矿岩体处于复杂的高地应力状态，采用钻爆法进行深部开采时，矿岩体在高地应力与爆破冲击载荷的共同作用下发生破坏。深部高地应力的存在，使得矿岩体的爆破破坏规律发生了极大的变化。因此，深部高应力场对于矿岩体爆破破坏规律的影响，成为人们研究的热点。目前对于岩土工程，高应力的定义基本为：强度应力比小于3。即干燥岩石单轴抗压强度与实测最大主应力之比小于3。
对矿岩体而言，爆破属于超动态冲击载荷，人们进行实验研究时，有的采用微量炸药对初始应力条件下的聚碳酸酯等脆性材料试件进行爆破，由于受试验观测及加载设备条件影响，只有当试件尺寸较小时，才能使试件在载荷作用下处于较高的应力强度比状态，一般来说，岩石力学试验采用的试件尺寸多为直径50mm、高100mm，或者是长宽高分别为50mm、50mm和100mm，土木工程中的标准试件尺寸一般是150mm*150mm*150mm。对比上述试件尺寸大的大尺寸试件而言，初始应力场较小，无法有效模拟深部高静应力环境，该方法还存在测试方法单一、试件材质与矿岩体力学性质差别较大等问题；有的采用工业炸药在深部矿山现场开展实验，实验条件与工程实际相似度很高，具有其他试验所不具备的优势，但该类实验现场环境复杂，地质条件差异大、地应力分布情况复杂多变，岩体中的应力状态无法精准测量，导致现场实验可重复性差，现场实验场地通常条件简陋、环境恶劣，许多用于观测爆破破裂过程的精密测试设备无法有效工作，极大的制约了现场实验可开展的研究内容，使得实验具有很大的局限性而无法推广应用。
此外，由于炸药自身的易燃易爆等高危属性及其易流动性，使得国家对民爆器材的使用进行了严格的管理控制，不具有相关资质的单位无法获取和使用炸药等相关民爆器材，大部分高校和科研单位不具有相关资质，无法使用炸药开展爆破实验研究，在很大程度上限制了矿岩爆破实验研究的开展。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种无需炸药、能够适用于大尺寸试件、能够模拟高静应力环境、且无地域局限性的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台及实验方法。
(二)技术方案
本发明一方面提供一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，包括：抗冲击试验机，用于承载试件和对试件加载，最大加载能力为5000kN，可持续保压的时间大于等于72小时；等离子爆破系统，用于对试件进行高电压等离子爆破；非接触式超高速摄像及全场应变分析系统，用于对试件的爆破过程进行超高速摄像，并且根据录制的图像对试件的表面散斑所反映出的应变场变化过程进行处理，输出应变高速变化云图，其中，拍摄速度为1000帧/s-500万帧/s。
根据本发明，抗冲击试验机包括具有实验空间的刚性框架、用于对放置在实验空间中的试件进行竖向加载的竖向加载设备、固定在竖向加载设备的加载面上的竖向压力传感器、用于对试件进行竖向上的限位的竖向限位设备、用于对试件进行横向加载的横向加载设备、固定在横向加载设备的加载面上的横向压力传感器、以及用于对试件进行横向上的限位的横向限位设备，其中，竖向加载设备和横向加载设备的最大加载能力为5000kN，可持续保压的时间大于等于72小时。
根据本发明，竖向加载设备和横向加载设备均为电液伺服液压缸。
根据本发明，竖向限位设备还用于将试件限定在其竖向上的中心线与横向加载设备的加载面的中心线重合的位置；横向限位设备还用于将试件限定在其横向向上的中心线与竖向加载设备的加载面的中心线重合的位置。
根据本发明，竖向限位设备包括竖向球头、加载平台和至少一个竖向垫块，竖向球头固定在刚性框架，加载平台固定在竖向球头上并用于承载试件，竖向加载设备与竖向球头位于加载平台的相反两侧，竖向球头用于使试件的受载荷面与垂直加载方向呈垂直状态，至少一个竖向垫块用于放置在试件的竖向一侧或两侧，竖向球头、加载平台和至少一个竖向垫块共同实现将试件限定在其竖向上的中心线与横向加载设备的加载面的中心线重合的位置；横向限位设备包括横向球头和至少一个横向垫块，横向球头固定在刚性框架上并用于使试件的受载荷面与横向加载方向呈垂直状态，至少一个横向垫块放置在加载平台上并用于放置在试件的横向一侧或两侧，横向球头和横向加载设备位于至少一个横向垫块的相反两侧，横向球头和至少一个横向垫块共同实现将试件限定在其横向向上的中心线与竖向加载设备的加载面的中心线重合的位置。
根据本发明，等离子爆破系统包括至少一套爆破设备，爆破设备包括双极性充电电源、高压脉冲触发器、Marx储能模块、输出电缆和爆破电极；其中，双极性充电电源与Marx储能模块连接，双极性充电电源用于将市电升压后对Marx储能模块进行充电；高压脉冲触发器与Marx储能模块连接，输出电缆与Marx储能模块和爆破电极连接，在高压脉冲触发器的触发操作下，存储在Marx储能模块中的高压电能在极短的时间内通过输出电缆输出至爆破电极，将爆破电极端部的金属丝在一瞬间等离子化，以将储存的高压电能以爆炸的方式迅速释放，实现等离子爆破过程。
根据本发明，等离子爆破系统包括多套爆破设备以及控制多套爆破设备进行单点爆破、多点同时爆破及多点延时爆破的多通道延时同步控制器。
根据本发明，非接触式超高速摄像及全场应变分析系统包括防护玻璃、光源、超高速摄像机、主机和应变分析设备；其中，防护玻璃位于实验空间与光源、超高速摄像机、主机和应变分析设备之间；主机与应变分析设备、光源和超高速摄像机连接。
本发明另一方面提供一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验方法，其特征在于，实验方法利用上述实验平台，实验方法包括如下步骤：S1、准备试件，其中具有炮孔，表面具有散斑；S2、将试件放置在抗冲击试验机的实验空间中；S3、在抗冲击试验机周围布置非接触式超高速摄像及全场应变分析系统；S4、将等离子爆破系统中的爆破电极放入试件具有炮孔的相应位置中并填塞固定；S5、通过抗冲击试验机的竖向限位设备和横向限位设备调整试件(11)的位置，使得试件的横向中心线与横向加载设备的加载面的中心线重合，使得试件的竖向上的中心线与横向加载设备的加载面的中心线重合；S6、启动竖向加载设备和横向加载设备对试件施加一个用于固定试件的初始载荷；S7、启动非接触式超高速摄像及全场应变分析系统，记录试件在初始载荷作用下的表面静应力场变化情况；S8、竖向加载设备和横向加载设备以设定加载速率对试件实施加载，直至加载的载荷达到设定载荷；S9、启动等离子爆破系统对试件进行爆破，并利用非接触式超高速摄像及全场应变分析系统全程摄像；S10、非接触式超高速摄像及全场应变分析系统对试件表面散斑所反映出的应变场变化过程进行处理，输出应变高速变化云图。
(三)有益效果
本发明的实验平台和实验方法可对脆性材料试件进行加载，载荷大，试件处于高应力强度比的状态，便于模拟深部开采高静应力环境，尤其可以适用于大尺寸试件，并且爆炸无需炸药，且无地域局限性。
附图说明
图1为具体实施方式所提供的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台的结构示意图，其中未示出抗冲击试验机；
图2为具体实施方式所提供的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台的抗冲击试验机的结构示意图，其中放置有试件；
图3为具体实施方式所提供的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验方法中采用的试件的示意图；
图4-图11为具体实施方式所提供的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验方法进行过程中试件表面爆生裂纹产生过程的高速摄像系列照片；
图12为具体实施方式所提供的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验方法中试件在爆破瞬间其静应力与爆破动态应力耦合作用下的由应变高速变化云图演算获得的应力场分布图。其中，e1【1】-Lagrange表示的是在试件表面上任意一点的最大主应变，因为应变是一个无量纲值，其定义为变形量除以变形之前的长度，长度比上长度，为无量纲值，试件表面上任意一点都有对应的一个值，这个值就表示了该点在载荷作用下在平面xy上产生的最大应变值。
【附图标记说明】
1：刚性框架；2：横向加载设备；3：竖向加载设备；4：横向压力传感器；5：竖向压力传感器；6：横向球头；7：竖向球头；8：横向垫块；9：竖向垫块；10：加载平台；11：试件；12：试验机PC控制端；13：多通道延时同步控制器；14：双极性充电电源；15：高压脉冲触发器；16：Marx储能模块；17：输出电缆；18：爆破电极；19：普通接地线；20：大电流接地线；21：防护玻璃；22：光源；23：超高速摄像机；24：主机；25：应变分析设备。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
在本实施例中提供一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，该实验平台包括抗冲击试验机、等离子爆破系统、非接触式超高速摄像及全场应变分析系统。
其中，参见图1和图2，抗冲击试验机用于承载试件11和对试件11加载，抗冲击试验机包括刚性框架1、竖向加载设备3、竖向压力传感器5、竖向限位设备、横向加载设备2、横向压力传感器4、横向限位设备以及试验机PC控制端12，竖向加载设备3、竖向压力传感器5、横向加载设备2和横向压力传感器4均与试验机PC控制端12通讯连接，试验机PC控制端12控制竖向加载设备3和横向加载设备2的加载，并接收竖向压力传感器5和横向压力传感器4的测量数据。
具体地，刚性框架1具有实验空间，并且刚性框架1具有较大刚度，可有效承载来自爆破产生的冲击动载荷，保证试件11在动载荷作用下其内部静应力场的稳定，提高试验数据的精度。
具体地，竖向加载设备3用于对放置在实验空间中的试件11进行竖向加载，横向加载设备2用于对试件11进行横向加载，竖向加载设备3和横向加载设备2的最大加载能力为5000kN，载荷的控制精度为1kN，同时二者具有良好的保压功能，可持续保压的时间大于等于72小时，即本实施例的抗冲击试验机的最大加载能力为5000kN，可持续保压的时间大于等于72小时。由此，竖向加载设备3和横向加载设备2对试件11施加持续稳定载荷，模拟深部矿岩所处的复杂高静应力环境。优选地，竖向加载设备3和横向加载设备2均为电液伺服液压缸，并且在本实施例中，竖向加载设备3和横向加载设备2的加载能力相同，不分主次载荷、主次加载方向。
具体地，竖向压力传感器5固定在竖向加载设备3的加载面上，横向压力传感器4固定在横向加载设备2的加载面上，用于分别测量试件11在横向与竖向两个方向的受力情况。
具体地，竖向限位设备用于对试件11进行竖向上的限位，横向限位设备用于对试件11进行横向上的限位。并且在本实施例中，竖向限位设备还用于将试件11限定在其竖向上的中心线与横向加载设备2的加载面的中心线重合的位置，横向限位设备还用于将试件11限定在其横向向上的中心线与竖向加载设备3的加载面的中心线重合的位置，使得试件11始终处于试验机的加载中心，保证试件11内部处于均布载荷状态，提高试验数据的精度。总而言之，竖向限位设备及横向限位设备的主要作用有如下两个：第一、调节不同尺寸试件的位置，使试件中心始终与两个加载设备的加载面的中心线重合；第二、与试件表面紧密接触，形成无反射边界，模拟深部岩体的边界状态。
进一步，在本实施例中，竖向限位设备包括竖向球头6、加载平台10和两个竖向垫块9。竖向球头6固定在刚性框架1，加载平台10固定在竖向球头6上并用于承载试件11，竖向加载设备3与竖向球头6位于加载平台10的相反两侧，竖向球头6用于加载过程中试件11的受力状态自适应微调，使试件11的受载荷面与垂直加载方向呈垂直状态，两个竖向垫块9用于放置在试件11的竖向两侧，竖向球头6、加载平台10和两个竖向垫块9共同实现将试件11限定在其竖向上的中心线与横向加载设备2的加载面的中心线重合的位置。当然，本发明不局限于此，根据实际情况，竖向垫块9的数量也可为一个或多于两个，可以位于试件11的一侧竖向一侧或两侧。
进一步，在本实施例中，横向限位设备包括横向球头6和两个横向垫块8。横向球头6固定在刚性框架1上并用于加载过程中试件11的受力状态自适应微调，以使试件11的受载荷面与横向加载方向呈垂直状态。两个横向垫块8放置在加载平台10上并用于放置在试件11的横向两侧，横向球头6和横向加载设备2位于两个横向垫块8的相反两侧，横向球头6和两个横向垫块8共同实现将试件11限定在其横向向上的中心线与竖向加载设备3的加载面的中心线重合的位置。当然，本发明不局限于此，根据实际情况，横向垫块8的数量也可为一个或多于两个，可以位于试件11的一侧横向一侧或两侧。
由此，通过竖向垫块9和横向垫块8的设置，可用于不同尺寸规格试件11加载时的调节。
此外，参照图1，上述等离子爆破系统用于对试件11进行高电压等离子爆破(电压大于等于60kV)。在本实施例中，等离子爆破系统包括至少一套爆破设备，爆破设备包括双极性充电电源14、高压脉冲触发器15、Marx储能模块16、输出电缆17、爆破电极18、普通接地线19和大电流接地线20。
其中，Marx储能模块16为系统中存储电能的电容集成模块，双极性充电电源14与Marx储能模块16连接，双极性充电电源14用于将市电升压后对Marx储能模块16进行充电。高压脉冲触发器15与Marx储能模块16连接，输出电缆17与Marx储能模块16和爆破电极18连接，在高压脉冲触发器15的触发操作下，存储在Marx储能模块16中的高压电能在极短的时间(能够实现后续所说的等离子化的时间)内通过输出电缆17输出至爆破电极18，巨大的输出电流将爆破电极18端部的金属丝在一瞬间等离子化，以将储存的高压电能以爆炸的方式迅速释放，实现等离子爆破过程。
当然，在包括多套爆破设备的情况下，等离子爆破系统还包括控制多套爆破设备进行单点爆破、多点同时爆破及多点延时爆破的多通道延时同步控制器13。优选地，多通道延时同步控制器13最多可实现八通道延时控制，延时范围为ns至s，延时精度为ns级。
而等离子爆破系统中的普通接地线19主要功能为对多通道延时同步控制器13、双极性充电电源14、高压脉冲触发器15等部件在等离子爆破完成后进行安全放电操作，大电流接地线20主要对系统中Marx储能模块16、输出电缆17及爆破电极18等高压储放电部件在爆破完成后可能残存的电能进行安全放电操作。
另外，参照图2，非接触式超高速摄像及全场应变分析系统用于对试件11的爆破过程进行超高速摄像，并且根据录制的图像(如图4至图11)对试件11的表面散斑所反映出的应变场变化过程进行处理，输出应变高速变化云图(如图12)，其中，拍摄速度为1000帧/s-500万帧/s。传统测试试件的应变是采用应变片进行测量，测量所得是试件上粘贴应变片处一点的应变值，而本实施例中采用非接触式超高速摄像及全场应变分析系统配合测得的是整个试件表面的应变场，要获取任意点出的应变值，可从测得的应变场中任意选取。
具体地，在本实施例中，非接触式超高速摄像及全场应变分析系统包括防护玻璃21、光源22、超高速摄像机23、主机24和应变分析设备25。其中，防护玻璃21位于实验空间与光源22、超高速摄像机23、主机24和应变分析设备25之间，用于防止爆破试验过程中试件11产生的飞石损坏系统。光源22用于提供满足超高速摄像要求的稳定照明环境，主机24与应变分析设备25、光源22和超高速摄像机23连接。超高速摄像机23与主机24对爆破过程中试件11的变化过程进行完整的记录，同时对试件11表面散斑在动静双重载荷下的微小形变进行精确记录，所拍摄的图像传送至应变分析设备25。此外，应变分析设备25还可以对散斑质量进行评估。
进一步，本实施例的实验平台可适用于大尺寸脆性材料，例如岩石及混凝土，其中，试件的最大尺寸可达500mm*500mm*250mm，受载荷面积为500mm*250mm，大于传统试件。
如下，根据上述对本实施例的实验平台的描述，进一步描述利用该实验平台进行的实验方法的步骤：
S1、准备试件11(如图3)，其中具有炮孔，表面具有散斑。具体地，根据不同实验方案的要求，准备不同尺寸规格的试件11，并对试件11进行切割、磨平处理，使试件11尺寸规整、表面光滑，相关参数符合试验要求。根据试验要求预制或钻凿模拟爆破工程中装填炸药的炮孔，用于放置缠绕有金属丝的爆破电极18，并利用散斑制作工具，在试件11需要进行爆破过程观测与应变场测试的光滑表面制作散斑散斑。
S2、将试件11放置在抗冲击试验机的实验空间中。具体地，将试件11放置在加载平台10上。
S3、在抗冲击试验机周围布置非接触式超高速摄像及全场应变分析系统。具体地，在抗冲击试验机一侧设置等离子爆破系统，另一侧按照试验要求架设非接触式超高速摄像及全场应变分析系统，调整试件11的位置，使其有散斑的一面正对超高速摄像机23的镜头，在超高速摄像机23与试件11之间架设防护玻璃21，调整镜头焦距与光源22，并利用应变分析设备25对散斑质量进行评估，评估合格后方可进行下一步操作，否则需重新制作散斑直至合格。
S4、将等离子爆破系统中的爆破电极18放入试件11具有炮孔的相应位置中并填塞固定。具体地，爆破电极18的正负极处缠绕有选定的金属丝，并用焊锡进行加固，将带有金属丝的爆破电极18放入试件11中的模拟炮孔中，采用速凝材料进行填塞，保证爆破效果。
S5、通过抗冲击试验机的竖向限位设备和横向限位设备调整试件11的位置，使得试件11的横向中心线与横向加载设备2的加载面的中心线重合，使得试件11的竖向上的中心线与横向加载设备2的加载面的中心线重合。具体地，调整试件11在加载平台10上的位置，并放置对应的横向垫块8，将试件11限定在其横向向上的中心线与竖向加载设备3的加载面的中心线重合的位置，放置对应的竖向垫块9，将试件11限定在其竖向上的中心线与横向加载设备2的加载面的中心线重合的位置，使试件11完全处于试验机的加载中心，保证载荷均匀分布。
S6、启动竖向加载设备3和横向加载设备2对试件11施加一个用于固定试件11的初始载荷。具体地，在试验机PC控制端12的软件界面中调整竖向加载设备3和横向加载设备2的加载面的初始位置，对试件11施加一个微小的初始载荷，对试件11起到固定作用，此时水平球头和垂向球头在初始小载荷作用下对试件11进行自适应微调，保证试件11在受到静载荷作用时其内部应力的均匀分布。
S7、启动非接触式超高速摄像及全场应变分析系统，记录试件11在初始载荷作用下的表面静应力场变化情况。
S8、根据试验方案要求，在试验机PC控制端12设置竖向和横向加载所需载荷值(作为设定载荷)及加载速率(作为设定加载速率)，然后竖向加载设备3和横向加载设备2以设定加载速率对试件11实施加载，直至加载的载荷达到设定载荷。
S9、启动等离子爆破系统对试件11进行爆破，并利用非接触式超高速摄像及全场应变分析系统全程摄像。具体地，在本实施例中，在非接触式超高速摄像及全场应变分析系统中设置摄像超前触发时长，使摄像在爆破开始之前提前工作，实现爆破破裂过程的全程记录。并且按照等离子爆破系统操作规程要求对系统进行预热。在多通道延时同步控制器13中设置延时时长(多点延时爆破试验时)，设置充电电压，并操作双极性充电电源14对Marx储能模块16进行充电，充电完成后，启动高压脉冲触发器15进行爆破触发，完成试验。
S10、非接触式超高速摄像及全场应变分析系统接收摄像系统录制的图像，并对试件11表面散斑所反映出的应变场变化过程进行处理，输出应变高速变化云图。
进一步，爆破试验后需采用室内的通风设备进行一段时间机械强制通风，待爆破试验区内产生的等离子化金属气体排净后，实验人员方可进入该区域，并对等离子爆破系统的爆破电极18进行残余电能释放等安全操作，关闭超高速摄像机，读取数据，试验结束。
综上，本实施例的实验平台和实验系统具有如下有益效果：
1、可对脆性材料试件11进行单向静压加载及双向静压加载，载荷大，试件11处于高应力强度比的状态，便于模拟深部开采高静应力环境，尤其可以适用于大尺寸试件11，并且爆炸无需炸药，且无地域局限性。并且，上述抗冲击试验机中的加载系统的刚度为1.18x109N/m，采用的抗冲击试验机具有高刚度抗爆破冲击动载荷的特性，在对大尺寸试件11加载过程中，可承受来自等离子爆破系统产生的爆破动态冲击，并保持载荷稳定。
2、通过横向和竖向限位设备，可对不同尺寸规格的脆性材料试件11进行实验。
3、本实施例中利用非炸药材料的等离子爆破系统将聚集在高压电容内的能量在极短时间内，通过爆破电极18以及缠绕在爆破电极18处的金属丝在试件11预制炮孔内予以释放，巨大的电流在极短时间内通过金属丝，在释放能量的同时将金属丝等离子化，模拟炸药的爆生气体作用于试件11。采用这种实现高电压等离子爆破的等离子爆破系统来提供爆破所需能量，并产生一定量的爆生气体，其中爆生气体体积可通过等离子化的金属丝类型和长度计算得出，实现爆生气体体积可控；根据金属丝的缠绕方式不同，可分别模拟球状药包与柱状药包的爆破过程；采用多点储能模块及输出电极，可实现多点同时或延时可控的起爆，能够很好的模拟工程爆破破岩过程；与炸药爆炸相比，该系统爆破能量可精确控制，可重复性好，安全性高。
4、本实施例采用超高速摄像技术和应变分析设备25对试件11爆破自由面在爆破作用下的应力应变场演化过程、爆破裂纹扩展过程以及爆破漏斗形成过程进行全过程记录，分析试件11在动静载荷共同作用下的应力场变化，对爆破过程中裂纹产生、扩展、碎块抛掷、爆生气体作用、爆破漏斗形成等物理现象进行完整记录，有利于爆破破岩机理的分析。
5、试件11材质与工程实际一致，大尺寸试件11有利于更多现象的观测，高应力场与应力强度比更接近深部工程环境，爆破能量释放过程接近工程实际，用电能代替炸药化学能进行爆破的方式安全性更高，测试方法更先进更细致，因而更符合矿山深部开采工程实际。
6、相比于采用炸药更加安全。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，包括：
抗冲击试验机，用于承载试件(11)和对试件(11)加载，最大加载能力为5000kN，可持续保压的时间大于等于72小时；
等离子爆破系统，用于对所述试件(11)进行高电压等离子爆破；
非接触式超高速摄像及全场应变分析系统，用于对所述试件(11)的爆破过程进行超高速摄像，并且根据录制的图像对所述试件(11)的表面散斑所反映出的应变场变化过程进行处理，输出应变高速变化云图，其中，拍摄速度为1000帧/s-500万帧/s。
2.根据权利要求1所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述抗冲击试验机包括具有实验空间的刚性框架(1)、用于对放置在所述实验空间中的试件(11)进行竖向加载的竖向加载设备(3)、固定在所述竖向加载设备(3)的加载面上的竖向压力传感器(5)、用于对所述试件(11)进行竖向上的限位的竖向限位设备、用于对所述试件(11)进行横向加载的横向加载设备(2)、固定在所述横向加载设备(2)的加载面上的横向压力传感器(4)、以及用于对所述试件(11)进行横向上的限位的横向限位设备，其中，所述竖向加载设备(3)和所述横向加载设备(2)的最大加载能力为5000kN，可持续保压的时间大于等于72小时。
3.根据权利要求2所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述竖向加载设备(3)和所述横向加载设备(2)均为电液伺服液压缸。
4.根据权利要求2所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述竖向限位设备还用于将所述试件(11)限定在其竖向上的中心线与所述横向加载设备(2)的加载面的中心线重合的位置；
所述横向限位设备还用于将所述试件(11)限定在其横向向上的中心线与所述竖向加载设备(3)的加载面的中心线重合的位置。
5.根据权利要求4所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述竖向限位设备包括竖向球头(6)、加载平台(10)和至少一个竖向垫块(9)，所述竖向球头(6)固定在所述刚性框架(1)，所述加载平台(10)固定在所述竖向球头(6)上并用于承载所述试件(11)，所述竖向加载设备(3)与所述竖向球头(6)位于所述加载平台(10)的相反两侧，所述竖向球头(6)用于使所述试件(11)的受载荷面与垂直加载方向呈垂直状态，所述至少一个竖向垫块(9)用于放置在所述试件(11)的竖向一侧或两侧，所述竖向球头(6)、所述加载平台(10)和所述至少一个竖向垫块(9)共同实现将所述试件(11)限定在其竖向上的中心线与所述横向加载设备(2)的加载面的中心线重合的位置；
所述横向限位设备包括横向球头(6)和至少一个横向垫块(8)，所述横向球头(6)固定在所述刚性框架(1)上并用于使所述试件(11)的受载荷面与横向加载方向呈垂直状态，所述至少一个横向垫块(8)放置在所述加载平台(10)上并用于放置在所述试件(11)的横向一侧或两侧，所述横向球头(6)和所述横向加载设备(2)位于所述至少一个横向垫块(8)的相反两侧，所述横向球头(6)和所述至少一个横向垫块(8)共同实现将所述试件(11)限定在其横向向上的中心线与所述竖向加载设备(3)的加载面的中心线重合的位置。
6.根据权利要求2所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述等离子爆破系统包括至少一套爆破设备，所述爆破设备包括双极性充电电源(14)、高压脉冲触发器(15)、Marx储能模块(16)、输出电缆(17)和爆破电极(18)；其中，
所述双极性充电电源(14)与所述Marx储能模块(16)连接，所述双极性充电电源(14)用于将市电升压后对所述Marx储能模块(16)进行充电；
所述高压脉冲触发器(15)与所述Marx储能模块(16)连接，所述输出电缆(17)与所述Marx储能模块(16)和所述爆破电极(18)连接，在所述高压脉冲触发器(15)的触发操作下，存储在所述Marx储能模块(16)中的高压电能在极短的时间内通过所述输出电缆(17)输出至所述爆破电极(18)，将所述爆破电极(18)端部的金属丝在一瞬间等离子化，以将储存的高压电能以爆炸的方式迅速释放，实现等离子爆破过程。
7.根据权利要求6所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述等离子爆破系统包括多套所述爆破设备以及控制多套所述爆破设备进行单点爆破、多点同时爆破及多点延时爆破的多通道延时同步控制器(13)。
8.根据权利要求6所述的研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验平台，其特征在于，
所述非接触式超高速摄像及全场应变分析系统包括防护玻璃(21)、光源(22)、超高速摄像机(23)、主机(24)和应变分析设备(25)；其中，
所述防护玻璃(21)位于所述实验空间与所述光源(22)、所述超高速摄像机(23)、所述主机(24)和所述应变分析设备(25)之间；
所述主机(24)与所述应变分析设备(25)、所述光源(22)和所述超高速摄像机(23)连接。
9.一种研究脆性材料等离子爆破破裂过程的实验方法，其特征在于，所述实验方法利用上述权利要求6-8中任一项所述的实验平台，所述实验方法包括如下步骤：
S1、准备试件(11)，其中具有炮孔，表面具有散斑；
S2、将所述试件(11)放置在所述抗冲击试验机的实验空间中；
S3、在所述抗冲击试验机周围布置所述非接触式超高速摄像及全场应变分析系统；
S4、将所述等离子爆破系统中的爆破电极(18)放入所述试件(11)具有炮孔的相应位置中并填塞固定；
S5、通过所述抗冲击试验机的所述竖向限位设备和所述横向限位设备调整所述试件(11)的位置，使得所述试件(11)的横向中心线与横向加载设备(2)的加载面的中心线重合，使得所述试件(11)的竖向上的中心线与所述横向加载设备(2)的加载面的中心线重合；
S6、启动所述竖向加载设备(3)和所述横向加载设备(2)对所述试件(11)施加一个用于固定所述试件(11)的初始载荷；
S7、启动所述非接触式超高速摄像及全场应变分析系统，记录所述试件(11)在初始载荷作用下的表面静应力场变化情况；
S8、所述竖向加载设备(3)和所述横向加载设备(2)以设定加载速率对所述试件(11)实施加载，直至加载的载荷达到设定载荷；
S9、启动所述等离子爆破系统对所述试件(11)进行爆破，并利用所述非接触式超高速摄像及全场应变分析系统全程摄像；
S10、所述非接触式超高速摄像及全场应变分析系统对所述试件(11)表面散斑所反映出的应变场变化过程进行处理，输出应变高速变化云图。
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