CN111650037A - 测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，包括入射杆、试件夹持机构、透射杆；所述试件夹持机构包括双向螺杆、定位钢桶、辅助钢桶及拉杆式位移传感器各两个，双向螺杆外设置定位钢桶和辅助钢桶；两个定位钢桶相互靠近，且中间留有间隙，两个双向螺杆之间夹持待测试件，待测试件与双向螺杆同轴；拉杆式位移传感器的两端分别通过细杆固定在两个定位钢桶上，拉杆式位移传感器与定位钢桶的中心轴线平行，两个拉杆式位移传感器对称设置。本发明提供的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置及方法，可以使冲击过程结束于选定的应变值，从而确定混凝土等准脆性材料冲击至某一应变值时的破裂状态。

Description

测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于SHPB测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置及方法，属于材料测试技术领域。
背景技术
混凝土材料是基础建设过程中使用量最大的材料，水利工程、建筑工程、交通工程等都利用了混凝土材料稳定的力学性能。混凝土材料属于准脆性材料，这些结构极易遭受撞击、爆炸以及地震等冲击荷载的破坏。当结构遭受冲击荷载作用后，会产生不同程度的损伤，混凝土机构的这些损伤会表现为不同程度的开裂或破裂状态，因此，测试混凝土等准脆性材料冲击至某一应变值时的碎裂状态，可以作为一种直观的判断方式，对准脆性材料遭受的冲击程度进行初步判断，这对结构安全评估极为重要。
目前为了测试冲击荷载对准脆性材料的破坏，通常采用SHPB试验装置，对于待测试件的应变采用在试件表面粘贴应变片进行测量获取，测量误差较大，而且难以进行冲击至一定应变状态下的准脆性材料冲击试验。
发明内容
目的：为了解决现有技术中测试冲击至一定应变状态下的准脆性材料破裂状态的困难，本发明提供一种基于SHPB测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置及方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，包括入射杆、试件夹持机构、透射杆；所述试件夹持机构包括双向螺杆、定位钢桶、辅助钢桶及拉杆式位移传感器各两个，双向螺杆外设置定位钢桶和辅助钢桶；两个所述定位钢桶相互靠近，两个定位钢桶中间留有间隙，两个所述双向螺杆之间夹持待测试件，待测试件与双向螺杆同轴；所述拉杆式位移传感器的两端分别通过细杆固定在两个定位钢桶上，拉杆式位移传感器与定位钢桶的中心轴线平行，两个拉杆式位移传感器对称设置；所述入射杆、透射杆分别与两侧的双向螺杆固定。
进一步地，所述定位钢桶内侧设有支撑垫块，所述支撑垫块为定位钢桶内侧面的凸起，与定位钢桶一体成型。
进一步地，所述辅助钢桶紧贴定位钢桶。
进一步地，所述定位钢桶、辅助钢桶内侧设有与双向螺杆匹配的内螺纹，通过螺纹配合将定位钢桶、辅助钢桶旋紧在双向螺杆上。
进一步地，所述待测试件为混凝土试块或岩石试块。
一种利用上述装置测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的方法，包括如下步骤：
两侧的双向螺杆分别固定入射杆和透射杆端；将待测试件放置于支撑垫块上，待测试件与双向螺杆同轴，待测试件的两端面与双向螺杆紧贴密实；
根据预设的要测试的冲击应变值ε0，旋转定位钢桶至合适位置，此时两个定位钢桶之间的间隙为ΔL，再选择辅助钢桶将定位钢桶压紧；
安装拉杆式位移传感器，并进行调零；
基于SHPB对待测试件施加冲击荷载，并记录拉杆式位移传感器的测量结果；
对测试结果进行分析，计算应变值和应变率，并观察待测试件受预设应变值冲击后的外观，分析待测试件的破裂状态。
进一步地，所述待测试件的长度为L，则预设的要测试的冲击应变值ε0为：
Figure BDA0002576646250000021
进一步地，根据拉杆式位移传感器的测量结果计算应变值和应变率，计算公式如下：
Figure BDA0002576646250000022
Figure BDA0002576646250000023
其中，Δl为拉杆式位移计的测量值，γ为平均应变率，t为冲击荷载作用时长。
有益效果：本发明提供的一种基于SHPB定量测试准脆性材料受冲击后破裂状态的装置，采用双向螺杆、定位钢桶及辅助钢桶共同限定了冲击荷载作用的最大应变值，可以使冲击过程结束于选定的应变值，从而确定混凝土等准脆性材料冲击至某一应变值时的破裂状态。
附图说明
图1为测试装置安装组合示意图。
图中，1.待测试件；2.双向螺杆，3.定位钢桶，4.辅助钢桶，5.支撑垫块，6.拉杆式位移传感器，7.入射杆，8.透射杆，9.细杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，包括入射杆7、试件夹持机构、透射杆8。
所述试件夹持机构包括双向螺杆2、定位钢桶3、辅助钢桶4及拉杆式位移传感器6各两个，所述双向螺杆2外设置定位钢桶3和辅助钢桶4，所述定位钢桶3、辅助钢桶4内侧设有与双向螺杆2匹配的内螺纹，通过螺纹配合将定位钢桶3、辅助钢桶4旋紧在双向螺杆2上。两个定位钢桶3相互靠近，中间留有间隙ΔL；辅助钢桶4紧挨着定位钢桶3设置，并压紧定位钢桶3，与定位钢桶3共同承受冲击过程产生的剪力。
所述定位钢桶3内侧设有支撑垫块5，所述支撑垫块5为定位钢桶3内侧面的凸起，与定位钢桶3一体成型。本实施例选择混凝土试件1作为待测试件，两个所述双向螺杆2之间夹持混凝土试件1，混凝土试件1正好放置于支撑垫块5上，确保混凝土试件1与双向螺杆2同轴。
所述拉杆式位移传感器6的两端分别通过细杆9固定在两个定位钢桶3上，拉杆式位移传感器6与定位钢桶3的中心轴线平行，两个拉杆式位移传感器6对称设置，拉杆式位移传感器6用于精确测试冲击过程中的应变。所述入射杆7、透射杆8分别与两侧的双向螺杆2固定，入射杆7及透射杆8用于向混凝土试块1施加冲击荷载。
一种测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的方法，包括如下步骤：
1)两侧双向螺杆2分别固定入射杆7和透射杆8端；将待测的混凝土试件1放置于支撑垫块5上，确保混凝土试件1与双向螺杆2同轴，混凝土试件1的两端面与双向螺杆2紧贴密实。
2)根据预设的要测试的冲击应变值ε0，旋转定位钢桶3至合适位置，此时两个定位钢桶3之间的间隙为ΔL，再选择辅助钢桶4将定位钢桶3压紧。
所述混凝土试件1的长度为L，则预设的要测试的冲击应变值ε0为：
Figure BDA0002576646250000031
3)安装拉杆式位移传感器6，并进行调零。
4)基于SHPB对混凝土试件1施加冲击荷载，并记录拉杆式位移传感器6的测量结果；结果分析如下：
根据拉杆式位移传感器6的测量结果计算应变值和应变率，计算公式如下：
Figure BDA0002576646250000041
Figure BDA0002576646250000042
其中，Δl为拉杆式位移计的测量值，γ为平均应变率，t为冲击荷载作用时长。
当冲击至预设应变值ε0时，停止冲击，观察此时混凝土试件的外观，分析破裂状态。混凝土试件的破裂状态主要有以下几种情况：
1)单条贯穿裂缝断裂；2)多条贯穿裂缝断裂；3)较稀疏网状裂缝碎裂；4)较密集网状裂缝碎裂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，其特征在于：包括入射杆(7)、试件夹持机构、透射杆(8)；所述试件夹持机构包括双向螺杆(2)、定位钢桶(3)、辅助钢桶(4)及拉杆式位移传感器(6)各两个，双向螺杆(2)外设置定位钢桶(3)和辅助钢桶(4)；两个所述定位钢桶(3)相互靠近，两个定位钢桶(3)中间留有间隙，两个所述双向螺杆(2)之间夹持待测试件(1)，待测试件(1)与双向螺杆(2)同轴；所述拉杆式位移传感器(6)的两端分别通过细杆(9)固定在两个定位钢桶(3)上，拉杆式位移传感器(6)与定位钢桶(3)的中心轴线平行，两个拉杆式位移传感器(6)对称设置；所述入射杆(7)、透射杆(8)分别与两侧的双向螺杆(2)固定。
2.根据权利要求1所述的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，其特征在于：所述定位钢桶(3)内侧设有支撑垫块(5)，所述支撑垫块(5)为定位钢桶(3)内侧面的凸起，与定位钢桶(3)一体成型。
3.根据权利要求1所述的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，其特征在于：所述辅助钢桶(4)紧贴定位钢桶(3)。
4.根据权利要求1所述的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，其特征在于：所述定位钢桶(3)、辅助钢桶(4)内侧设有与双向螺杆(2)匹配的内螺纹，通过螺纹配合将定位钢桶(3)、辅助钢桶(4)旋紧在双向螺杆(2)上。
5.根据权利要求1所述的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的装置，其特征在于：所述待测试件(1)为混凝土试块或岩石试块。
6.一种利用权利要求2所述装置测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的方法，其特征在于：包括如下步骤：
两侧的双向螺杆(2)分别固定入射杆(7)和透射杆(8)端；将待测试件(1)放置于支撑垫块(5)上，待测试件(1)与双向螺杆(2)同轴，待测试件(1)的两端面与双向螺杆(2)紧贴密实；
根据预设的要测试的冲击应变值ε0，旋转定位钢桶(3)至合适位置，此时两个定位钢桶(3)之间的间隙为ΔL，再选择辅助钢桶(4)将定位钢桶(3)压紧；
安装拉杆式位移传感器(6)，并进行调零；
基于SHPB对待测试件(1)施加冲击荷载，并记录拉杆式位移传感器(6)的测量结果；
对测试结果进行分析，计算应变值和应变率，并观察待测试件受预设应变值冲击后的外观，分析待测试件的破裂状态。
7.根据权利要求6所述的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的方法，其特征在于：所述待测试件的长度为L，则预设的要测试的冲击应变值ε0为：
Figure FDA0002576646240000021
8.根据权利要求6所述的测试准脆性材料受定量应变冲击后破裂状态的方法，其特征在于：根据拉杆式位移传感器(6)的测量结果计算应变值和应变率，计算公式如下：
Figure FDA0002576646240000022
Figure FDA0002576646240000023
其中，Δl为拉杆式位移计的测量值，γ为平均应变率，t为冲击荷载作用时长。
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