CN110608956A - 一种脆性材料动态泊松比测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料力学性能测试领域，公开了一种脆性材料动态泊松比测量系统，其包括SHPB水平冲击装置、高速相机、同步触发器、超动态应变采集装置和数字图像接收装置，超动态应变采集装置与SHPB水平冲击装置连接，以能够实时采集SHPB水平冲击装置输出的入射波、反射波和透射波的动态应变信号；同步触发器分别与超动态应变采集装置和高速相机电连接，以能够控制超动态应变采集装置与高速相机实现同步触发和实时测量；数字图像接收装置与高速相机电连接；本发明还提供一种脆性材料动态泊松比测量方法。本发明有效地提升脆性材料动态泊松比测量的真实性和可靠性；为冲击载荷作用下岩石类脆性材料动态泊松比测量提供了一种新的适应性强、结果准确可靠的方法。

Description

一种脆性材料动态泊松比测量系统及方法

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试领域，具体地，涉及一种脆性材料动态泊松比测量系统及方法。

背景技术

泊松比是指材料在单向受拉或受压时，其横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。泊松比的准确测出，可为岩石类脆性材料的弹性模量等参数计算提供可靠基础，对工程岩体的变形控制及稳定性评价起到重要作用。

目前，常用于测试岩石类脆性材料泊松比的方法以接触式为主，主要有应变片法和位移引伸计法。但是，位移引伸计和应变片的测量分别限于固定测量长度和特定粘贴点，而岩石类脆性材料本身属于非均质材料，试样表面上一点或一个方向的变形测量，都无法准确反映出试样整体的变形情况。而如果想要获得更多变形数据，则需要布置大量应变片或引伸计，成本高昂。特别是针对高应变下岩石类脆性材料的动态泊松比测量，在冲击荷载作用下，岩石的破坏过程迅速、剧烈，其表面会发生较大局部变形或裂纹扩展，位移引伸计和应变片易发生失准、脱落和损坏等主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脆性材料动态泊松比测量系统及方法，其能够有效、客观地确定脆性材料的动态泊松比，并且有效地提升脆性材料动态泊松比测量的真实性和可靠性；为冲击载荷作用下岩石类脆性材料动态泊松比测量提供了一种新的适应性强、结果准确可靠的方法。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种脆性材料动态泊松比测量系统，包括SHPB水平冲击装置、高速相机、同步触发器、超动态应变采集装置和数字图像接收装置，所述超动态应变采集装置与所述SHPB水平冲击装置连接，以能够实时采集所述SHPB水平冲击装置输出的入射波、反射波和透射波的动态应变信号；所述同步触发器分别与所述超动态应变采集装置和所述高速相机电连接，以能够控制所述超动态应变采集装置与所述高速相机实现同步触发和实时测量；所述数字图像接收装置与所述高速相机电连接，以能够实时接收所述高速相机拍摄的数字图像。

具体地，所述SHPB水平冲击装置包括入射杆、透射杆和缓冲杆；所述入射杆和所述透射杆上分别粘贴有应变片，所述应变片与所述超动态应变采集装置连接；所述入射杆和所述透射杆之间夹持有试样；所述透射杆与所述缓冲杆连接。

需要补充说明的是，所述系统还包括照明设备，所述照明设备安置在距离所述试样观测表面的30～60cm处。

具体地，所述照明设备为所述高速相机专用点光源照明灯。

作为一种优选的实施方式，所述高速相机为两台同型号的所述高速相机，两台所述高速相机分别安装在所述试样观测表面的中心法线的对称位置上；两台所述高速相机之间的夹角α为12°～60°。

作为一种具体的实施方式，两台所述高速相机采用80～200mm焦距镜头；两台所述高速相机拍摄的物像都在所述高速相机靶面的中心位置。

作为上述实施方式的更进一步的优选方式，两台所述高速相机镜头端面距所述试样观测表面的距离为800～2500mm；两台所述高速相机的拍摄速度为70000～700000帧/秒，且当拍摄速度大于等于100000帧/秒时，所述相机分辨率大于等于192×192pixels。

作为一种具体的实施方式，所述数字图像接收装置包括3D-DIC分析与

计算软件。

第二方面，本发明还提供一种脆性材料动态泊松比测量方法，包括如下步骤，

S1试样制作

将待测材料制作成长方体或圆柱体试样，并在所述试样观测表面用散斑工具制作人工散斑场；

S2测量

将所述试样按SHPB水平冲击装置的操作要求夹持在所述SHPB水平冲击装置的入射杆和反射杆之间，加载方向平行于所述试样观测表面；在加载测试之前，基于双目立体视觉技术，使用标定板对两台高速相机进行标定和校正；然后利用所述SHPB水平冲击装置实时对所述试样实施冲击加载并输出动态应变信号给超动态应变采集装置；通过同步触发器控制所述超动态应变采集装置、两台所述高速相机实现同步触发，两台所述高速相机实时拍摄所述试样表面图像，并实时将所述高速相机拍摄的数字图像传输给数字图像接收装置；直至试样破坏，终止试验；

S3试样动态泊松比计算

基于一维波传播理论，对所述超动态应变采集装置得到的动态应变信号，分别按公式(1)和(2)计算，便可得到所述试样的动态应力和应变数据，以及相应的动态应力-应变曲线；

式中σ₁(t)，σ_R(t)和σ_T(t)分别为t时刻的入射应力，反射应力和透射应力；ρ_eC_e为弹性杆的波阻抗；L_s为所述试样的长度；A_e，A_s分别为弹性杆和试样的截面积；

观察所述试样的动态应力-应变曲线，根据公式(3)找出峰值应力前曲线斜率基本为常数的线弹性段范围，并确定所对应的弹性段时间(t_a,t_b)；再根据时间同步关系，可确定对应的弹性段起始到结束的数字图像范围(P_a,P_b)；

式中k为常数；t_b-t_a>20μs；t_a、t_b∈(0,t_c)；其中，t_c为应力达到峰值时所对应的时间；

选取两台所述高速相机拍摄的第一帧图像作为基准图像，再将所拍摄到的弹性段范围内的数字图像(P_a,P_b)导入到3D-DIC分析与计算软件中，得到所述试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图和Y方向应变云图，再利用3D-DIC分析与计算软件中自带的全场应变计算功能，计算出试样弹性段起始状态下，全场X方向(平行于加载方向)平均应变e_x-a和Y方向平均应变e_y-a，同理测量出试样弹性段结束状态下，全场X方向平均应变e_x-b和Y方向平均应变e_y-b；

最后，利用公式(4)计算出冲击载荷下试样的动态泊松比μ

具体地，在所述S1步骤中，所述试样的散斑颗粒尺寸大于或等于3倍像素。

优选地，在所述S2步骤中，所述加载速率为1-5m/s。

作为一种具体的实施方式，长方体试样的高宽比为h/w＝1-1.5:1，所述试样的高厚比为h/t＝2-5:1，其中h为所述试样平行于加载方向的高度，w为所述试样宽度，t为所述试样厚度，t<w<h≤67mm；所述试样的两个加载端面的平整度小于2％。

作为另一种具体的实施方式，圆柱体试样的高径比h/D＝0.5-1:1，h为所述试样平行于加载方向的高度，D为所述试样直径，D≤75mm；加载方式为轴心加载。

通过本发明的上述技术方案，利用两台高速相机实时拍摄动态冲击载荷下试样表面的数字图像，并实时将两台高速相机拍摄的数字图像传输给数字图像接收装置，再利用数字图像接收装置中包含的3D-DIC分析与计算软件，得到试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图和Y方向应变云图，再利用3D-DIC分析与计算软件中自带的全场应变计算功能，计算出试样在弹性段起始和结束状态下的全场X方向平均应变e_x-a、e_x-b和Y方向平均应变e_y-a、e_y-b，最后，根据泊松比的定义可计算出冲击载荷下试样的动态泊松比μ＝|e_y-b-e_y-a|/|e_x-b-e_x-a|。本发明的脆性材料动态泊松比测量系统及方法，可以完整、准确地测量出脆性材料表面任意方向的全场应变，从而有效、客观地确定脆性材料的动态泊松比，对于确定冲击载荷下脆性材料的动态泊松比具有一定的可靠性和普适性。

综上所述，本发明的系统及方法可以完整、准确地测量出脆性材料表面任意方向的全场应变，从而有效、客观地确定脆性材料的动态泊松比，有效提升脆性材料动态泊松比测量的真实性和可靠性；为冲击载荷作用下岩石类脆性材料动态泊松比测量提供了一种新的适应性强、结果准确可靠的方法。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的长方体试样的立体示意图。

图3为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的圆柱体试样的立体示意图。

图4为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的青砂岩长方体试样表面典型散斑图。

图5为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的青砂岩长方体试样的动态应力-应变曲线及线弹性段图。

图6为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的青砂岩长方体试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图。

图7为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的青砂岩长方体试样在弹性段起始和结束状态下Y方向应变云图。

图8为本发明的泊松比测量系统的一种具体实施方式的青砂岩长方体试样在弹性段起始和结束状态下的X方向平均应变e_x-a、e_x-b和Y方向平均应变e_y-a、e_y-b图。

附图标记说明

1 冲击荷载 2 入射杆

3 应变片 4 试样

5 透射杆 6 缓冲杆

7 照明设备 8 高速相机

9 同步触发器 10 超动态应变采集装置

11 数字图像接收装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

参见图1所示，本发明的脆性材料动态泊松比测量系统，包括SHPB水平冲击装置、高速相机8、同步触发器9、超动态应变采集装置10和数字图像接收装置11，超动态应变采集装置10与SHPB水平冲击装置连接，以能够实时采集SHPB水平冲击装置输出的入射波、反射波和透射波的动态应变信号；同步触发器9分别与超动态应变采集装置10和高速相机8电连接，以能够控制超动态应变采集装置10与高速相机8实现同步触发和实时测量；数字图像接收装置11与高速相机8电连接，以能够实时接收高速相机8拍摄的数字图像。

作为本发明的一种具体实施方式，SHPB水平冲击装置包括入射杆2、透射杆5和缓冲杆6；入射杆2和透射杆5上分别粘贴有应变片3，应变片3与超动态应变采集装置10连接；入射杆2和透射杆5之间夹持有试样4；透射杆5与缓冲杆6连接。

作为一种具体的实施方式，系统还包括照明设备7，照明设备7安置在距离试样4观测表面的30～60cm处，为拍摄过程提供稳定的光源。

在上述技术方案的优选方式中更进一步的优选方案，照明设备7为高速相机8专用点光源照明灯；照明设备可以为VIC-3D Lighting HS高速相机专用LED点光源照明系统，光通量可达3000流明；或者其他照明设备7。

在上述技术方案的实施方式中，优选地，高速相机8为两台同型号的高速相机8，两台高速相机8分别安装在试样4观测表面的中心法线的对称位置上；两台高速相机8之间的夹角α为12°～60°。两台高速相机可以为美国VRI公司生产的Phantom V711高速数字相机，最高拍摄速率可达1000000帧/秒；或其他高速相机8。

进一步地，两台高速相机8采用80～200mm焦距镜头；两台高速相机8拍摄的物像都在高速相机8靶面的中心位置。

在上述技术方案的实施方式中，更进一步地，两台高速相机8镜头端面距试样4观测表面的距离为800～2500mm；两台高速相机8的拍摄速度为70000～700000帧/秒，且当拍摄速度大于等于100000帧/秒时，高速相机分辨率大于等于192×192pixels；根据试样尺寸和工作距离等合理设置高速相机参数，使两台高速相机8拍摄的物像都能清晰地显示在相机靶面的中心位置。

在上述技术方案的实施方式中，优选地，数字图像接收装置11包括3D-DIC分析与计算软件；3D-DIC分析与计算软件可以为美国CSI公司生产的VIC-3D 8软件；或者其他软件。

进一步地，本发明还提供了一种脆性材料动态泊松比测量方法，包括如下步骤，

S1试样制作

将待测材料制作成长方体或圆柱体试样，并在试样观测表面用散斑工具制作人工散斑场；

S2测量

将试样按SHPB水平冲击装置的操作要求夹持在SHPB水平冲击装置的入射杆和反射杆之间，加载方向平行于试样观测表面；在加载测试之前，基于双目立体视觉技术，使用标定板对两台高速相机进行标定和校正；然后利用SHPB水平冲击装置实时对试样实施冲击加载并输出动态应变信号给超动态应变采集装置；通过同步触发器控制超动态应变采集装置、两台高速相机实现同步触发，两台高速相机实时拍摄试样表面图像，并实时将高速相机拍摄的数字图像传输给数字图像接收装置；直至试样破坏，终止试验；

S3试样动态泊松比计算

基于一维波传播理论，对超动态应变采集装置得到的动态应变信号，分别按公式(1)和(2)计算，便可得到试样的动态应力和应变数据，以及相应的动态应力-应变曲线；

式中σ₁(t)，σ_R(t)和σ_T(t)分别为t时刻的入射应力，反射应力和透射应力；ρ_eC_e为弹性杆的波阻抗；L_s为试样的长度；A_e，A_s分别为弹性杆和试样的截面积；

观察试样的动态应力-应变曲线，根据公式(3)找出峰值应力前曲线斜率基本为常数的线弹性段范围，并确定所对应的弹性段时间(t_a,t_b)；再根据时间同步关系，可确定对应的弹性段起始到结束的数字图像范围(P_a,P_b)；

式中k为常数；t_b-t_a>20μs；t_a、t_b∈(0,t_c)；其中，t_c为应力达到峰值时所对应的时间；

选取两台高速相机拍摄的第一帧图像作为基准图像，再将所拍摄到的弹性段范围内的数字图像(P_a,P_b)导入到3D-DIC分析与计算软件中，得到试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图和Y方向应变云图，再利用3D-DIC分析与计算软件中自带的全场应变计算功能，计算出试样弹性段起始状态下，全场X方向(平行于加载方向)平均应变e_x-a和Y方向平均应变e_y-a，同理测量出试样弹性段结束状态下，全场X方向平均应变e_x-b和Y方向平均应变e_y-b；

最后，利用公式(4)计算出冲击载荷下试样的动态泊松比μ

本发明的脆性材料动态泊松比测量方法，试样为脆性材料，具体地，脆性材料为岩石、陶瓷、玻璃或铸铁等。

优选地，在S1步骤中，试样的散斑颗粒尺寸大于或等于3倍像素。

在上述技术方案中，优选地，加载速率为1-5m/s。

如图2所示，作为本发明的一种实施方式，长方体试样的高宽比为h/w＝1-1.5:1，试样的高厚比为h/t＝2-5:1，其中h为试样平行于加载方向的高度，w为试样宽度，t为试样厚度，t<w<h≤67mm；试样的两个加载端面的平整度小于2％。

如图3所示，作为本发明的另一种实施方式，圆柱体试样的高径比h/D＝0.5-1:1，h为试样平行于加载方向的高度，D为试样直径，D≤75mm；加载方式为轴心加载。

实施例1

试样为青砂岩长方体试样，尺寸为：h×w×t＝60mm×60mm×25mm；2台高速相机镜头之间的夹角α为15°，采用90mm焦距镜头，镜头端面距试样观测表面的距离约为2000mm，设置拍摄分辨率为128×256pixels，拍摄速度为150000帧/秒。

本实施例的青砂岩动态泊松比测量方法，包括如下步骤：首先，将青砂岩岩样加工成尺寸为h×w×t＝60mm×60mm×25mm的长方体试样，再在试样观测表面制作人工散斑场，先将试样观测表面清理干净再均匀地喷涂白漆，待其干透后再用专用散斑印戳制作黑色散斑点，如图4所示；随后按SHPB水平冲击装置的操作要求夹持在入射杆和透射杆之间；调整两台高速相机方位安装在试样观测表面的中心法线的对称位置上，且拍摄的物像都能清晰地显示在相机靶面的中心位置；设置好两台高速相机的拍摄分辨率为128×256pixels，拍摄速度为150000帧/秒；在加载测试之前，基于双目立体视觉技术，使用标定板对两台高速相机进行标定和校正；启动SHPB水平冲击装置对试样施加冲击荷载1，并通过粘贴在SHPB水平冲击装置上的应变片输出动态应变信号给超动态应变采集装置；通过同步触发器控制超动态应变采集装置与两台高速相机实现同步触发和实时测量；两台高速相机实时拍摄试样表面数字图像，并实时传输给数字图像接收装置，直至试样破坏，终止试验。

基于一维波传播理论，利用公式(1)和(2)对超动态应变采集装置得到的动态应变信号进行计算，得到试样的动态应力-应变曲线；

式中σ₁(t)，σ_R(t)和σ_T(t)分别为t时刻的入射应力，反射应力和透射应力；ρ_eC_e为弹性杆的波阻抗；L_s为试样的长度；A_e，A_s分别为弹性杆和试样的截面积。

再根据公式(3)找出峰值应力前曲线斜率基本为常数的线弹性段范围，如图5所示，并确定所对应的弹性段时间(t_a,t_b)；再根据时间同步关系，可确定对应的弹性段起始到结束的数字图像范围(P_a,P_b)。

式中k为常数；t_b-t_a>20μs；t_a、t_b∈(0,t_c)；其中，t_c为应力达到峰值时所对应的时间。

选取2台高速相机拍摄的第一帧图像作为基准图像，再将所拍摄到的弹性段范围内的数字图像(P_a,P_b)导入到3D-DIC分析与计算软件中，得到试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图，如图6所示；以及Y方向应变云图，如图7所示，再利用3D-DIC分析与计算软件中自带的全场应变计算功能，计算出试样在弹性段起始和结束状态下的全场X方向平均应变e_x-a、e_x-b和Y方向平均应变e_y-a、e_y-b，如图8所示，最后，根据泊松比的定义，利用公式(4)可计算出冲击载荷下试样的动态泊松比μ

本实例中，加载率为1173GPa/s，试样动态应力-应变曲线上的弹性段时间(μs)为(66，120)，由此得到弹性段的数字图像范围(张)为(10，18)；

弹性段起始和结束状态下的全场X方向平均应变e_x-a＝1.935×10^-3、e_x-b＝5.179×10^-3；Y方向平均应变e_y-a＝-7.571×10^-5、e_y-b＝-9.401×10^-4；

将数据代入可得，该试样动态泊松比μ＝|e_y-b-e_y-a|/|e_x-b-e_x-a|＝0.266。

实施例2

试样为大理岩长方体试样，试样尺寸和试验实施步骤同实施例1，加载率为1865GPa/s。2台高速相机镜头之间的夹角α为18°，采用100mm焦距镜头，镜头端面距试样观测表面的距离约为1200mm，设置拍摄分辨率为256×256pixels，拍摄速度为79161帧/秒。测得试样动态应力-应变曲线上的弹性段时间(μs)为(69，109)，由此得到弹性段的数字图像范围(张)为(5，8)；弹性段起始和结束状态下的全场X方向平均应变e_x-a＝1.197×10^-3、e_x-b＝5.638×10^-3；Y方向平均应变e_y-a＝-2.881×10^-5、e_y-b＝-1.385×10^-3；将数据代入可得，该试样动态泊松比μ＝|e_y-b-e_y-a|/|e_x-b-e_x-a|＝0.305。

实施例3

试样为花岗岩圆柱体试样，试样直径D＝50mm，高度h＝50mm，采用轴心加载的方式将试样放置在SHPB水平冲击装置之间，加载率为1747GPa/s，试验系统设置和实施步骤同实施例1。测得试样动态应力-应变曲线上的弹性段时间(μs)为(61，112)，由此得到弹性段的数字图像范围(张)为(9，17)；弹性段起始和结束状态下的全场X方向平均应变e_x-a＝2.328×10^-3、e_x-b＝4.875×10^-3；Y方向平均应变e_y-a＝-1.424×10^-4、e_y-b＝-7.753×10^-4；将数据代入可得，该试样动态泊松比μ＝|e_y-b-e_y-a|/|e_x-b-e_x-a|＝0.248。

由上述描述可以看出，本发明的脆性材料动态泊松比测量系统及方法的优点在于：利用两台高速相机实时拍摄动态冲击载荷下试样表面的数字图像，并实时将两台高速相机拍摄的数字图像传输给数字图像接收装置，再利用数字图像接收装置中包含的3D-DIC分析与计算软件，得到试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图和Y方向应变云图，再利用3D-DIC分析与计算软件中自带的全场应变计算功能，计算出试样在弹性段起始和结束状态下的全场X方向平均应变e_x-a、e_x-b和Y方向平均应变e_y-a、e_y-b，最后，根据泊松比的定义可计算出冲击载荷下试样的动态泊松比μ＝|e_y-b-e_y-a|/|e_x-b-e_x-a|。本发明的脆性材料动态泊松比测量系统及方法，可以完整、准确地测量出脆性材料表面任意方向的全场应变，从而有效、客观地确定脆性材料的动态泊松比，对于确定冲击载荷下脆性材料的动态泊松比具有一定的可靠性和普适性。

综上所述，本发明的脆性材料动态泊松比测量系统及方法可以完整、准确地测量出脆性材料表面任意方向的全场应变，从而有效、客观地确定脆性材料的动态泊松比，有效提升脆性材料动态泊松比测量的真实性和可靠性；为冲击载荷作用下岩石类脆性材料动态泊松比测量提供了一种新的适应性强、结果准确可靠的方法。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (13)

1.一种脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，包括SHPB水平冲击装置、高速相机(8)、同步触发器(9)、超动态应变采集装置(10)和数字图像接收装置(11)，所述超动态应变采集装置(10)与所述SHPB水平冲击装置连接，以能够实时采集所述SHPB水平冲击装置输出的入射波、反射波和透射波的动态应变信号；

所述同步触发器(9)分别与所述超动态应变采集装置(10)和所述高速相机(8)电连接，以能够控制所述超动态应变采集装置(10)与所述高速相机(8)实现同步触发和实时测量；

所述数字图像接收装置(11)与所述高速相机(8)电连接，以能够实时接收所述高速相机(8)拍摄的数字图像。

2.根据权利要求1所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，所述SHPB水平冲击装置包括入射杆(2)、透射杆(5)和缓冲杆(6)；

所述入射杆(2)和所述透射杆(5)上分别粘贴有应变片(3)，所述应变片(3)与所述超动态应变采集装置(10)连接；

所述入射杆(2)和所述透射杆(5)之间夹持有试样(4)；

所述透射杆(5)与所述缓冲杆(6)连接。

3.根据权利要求2所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，所述系统还包括照明设备(7)，所述照明设备(7)安置在距离所述试样(4)观测表面的30～60cm处。

4.根据权利要求3所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，所述照明设备(7)为所述高速相机(8)专用点光源照明灯。

5.根据权利要求3所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，所述高速相机(8)为两台同型号的所述高速相机(8)，两台所述高速相机(8)分别安装在所述试样(4)观测表面的中心法线的对称位置上；两台所述高速相机(8)之间的夹角α为12°～60°。

6.根据权利要求5所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，两台所述高速相机(8)采用80～200mm焦距镜头；两台所述高速相机(8)拍摄的物像都在所述高速相机(8)靶面的中心位置。

7.根据权利要求6所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，两台所述高速相机(8)镜头端面距所述试样(4)观测表面的距离为800～2500mm；两台所述高速相机(8)的拍摄速度为70000～700000帧/秒，且当拍摄速度大于等于100000帧/秒时，所述相机分辨率大于等于192×192pixels。

8.根据权利要求1所述的脆性材料动态泊松比测量系统，其特征在于，所述数字图像接收装置(11)包括3D-DIC分析与计算软件。

9.一种脆性材料动态泊松比测量方法，其特征在于，包括如下步骤，

S1试样制作

将待测材料制作成长方体或圆柱体试样，并在所述试样观测表面用散斑工具制作人工散斑场；

S2测量

将所述试样按SHPB水平冲击装置的操作要求夹持在所述SHPB水平冲击装置的入射杆和反射杆之间，加载方向平行于所述试样观测表面；在加载测试之前，基于双目立体视觉技术，使用标定板对两台高速相机进行标定和校正；然后利用所述SHPB水平冲击装置实时对所述试样实施冲击加载并输出动态应变信号给超动态应变采集装置；通过同步触发器控制所述超动态应变采集装置、两台所述高速相机实现同步触发，两台所述高速相机实时拍摄所述试样表面图像，并实时将所述高速相机拍摄的数字图像传输给数字图像接收装置；直至试样破坏，终止试验；

S3试样动态泊松比计算

基于一维波传播理论，对所述超动态应变采集装置得到的动态应变信号，分别按公式(1)和(2)计算，便可得到所述试样的动态应力和应变数据，以及相应的动态应力-应变曲线；

式中σ₁(t)，σ_R(t)和σ_T(t)分别为t时刻的入射应力，反射应力和透射应力；ρ_eC_e为弹性杆的波阻抗；L_s为所述试样的长度；A_e，A_s分别为弹性杆和试样的截面积；

观察所述试样的动态应力-应变曲线，根据公式(3)找出峰值应力前曲线斜率基本为常数的线弹性段范围，并确定所对应的弹性段时间(t_a,t_b)；再根据时间同步关系，可确定对应的弹性段起始到结束的数字图像范围(P_a,P_b)；

式中k为常数；t_b-t_a>20μs；t_a、t_b∈(0,t_c)；其中，t_c为应力达到峰值时所对应的时间；

选取两台所述高速相机拍摄的第一帧图像作为基准图像，再将所拍摄到的弹性段范围内的数字图像(P_a,P_b)导入到3D-DIC分析与计算软件中，得到所述试样在弹性段起始和结束状态下X方向应变云图和Y方向应变云图，再利用3D-DIC分析与计算软件中自带的全场应变计算功能，计算出试样弹性段起始状态下，全场X方向(平行于加载方向)平均应变e_x-a和Y方向平均应变e_y-a，同理测量出试样弹性段结束状态下，全场X方向平均应变e_x-b和Y方向平均应变e_y-b；

最后，利用公式(4)计算出冲击载荷下试样的动态泊松比μ

10.根据权利要求9所述的脆性材料动态泊松比测量方法，其特征在于，在所述S1步骤中，所述试样的散斑颗粒尺寸大于或等于3倍像素。

11.根据权利要求9所述的脆性材料动态泊松比测量方法，其特征在于，在所述S2步骤中，所述加载速率为1～5m/s。

12.根据权利要求9所述的脆性材料动态泊松比测量方法，其特征在于，长方体试样的高宽比为h/w＝1-1.5:1，所述试样的高厚比为h/t＝2-5:1，其中h为所述试样平行于加载方向的高度，w为所述试样宽度，t为所述试样厚度，t<w<h≤67mm；所述试样的两个加载端面的平整度小于2％。

13.根据权利要求9所述的脆性材料动态泊松比测量方法，其特征在于，圆柱体试样的高径比h/D＝0.5-1:1，h为所述试样平行于加载方向的高度，D为所述试样直径，D≤75mm；加载方式为轴心加载。