CN113702214A - 一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 - Google Patents
一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113702214A CN113702214A CN202110408761.0A CN202110408761A CN113702214A CN 113702214 A CN113702214 A CN 113702214A CN 202110408761 A CN202110408761 A CN 202110408761A CN 113702214 A CN113702214 A CN 113702214A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sleeve
- rod
- test method
- wave propagation
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 229940099259 vaseline Drugs 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000009863 impact test Methods 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000827 velocimetry Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
- G01N3/307—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated by a compressed or tensile-stressed spring; generated by pneumatic or hydraulic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
Abstract
本发明属于工程材料试验技术领域，公开一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法。提出的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法中成层式组合材料试样由遮弹层、砂石分散层和结构层构成，并封装于套筒内；在套筒底部固定结构层，并在结构层的上端端面粘贴PVDF薄膜压力传感器；在套筒内设置砂石分散层、固定遮弹层；遮弹层的下端端面上同样粘贴有PVDF薄膜压力传感器，成层式组合材料试样缓缓平行安装在入射杆和透射杆之间；在入射杆的前方设置发射系统；在透射杆的后方设置阻尼器。本试验方法可以在室内开展成层式组合材料一维应力波传播规律的试验研究，也可进行砂土类松散材料应力应变本构关系的试验研究。
Description
技术领域
本发明属于工程材料试验技术领域，具体涉及一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法。
背景技术
对成层式组合材料进行应力波传播规律的试验，目前国内外通行做法，一般是通过野外现场爆炸试验，将传感器埋入成层式组合材料中进行测试。这样的试验方法，存在的主要问题是对传感器的性能、尺寸、爆炸冲击加载安全性以及野外现场试验环境等方面的要求越来越高：一是测量爆炸冲击荷载要求传感器的频带宽、响应时间快；二是要求传感器的结构要合理，以减小由于传感器与成层式材料介质不匹配引起的测量误差；三是传感器的尺寸要能灵活满足各种松散或是刚硬介质的试验需要，比如传感器的体积要尽可能的小，以满足野外现场试验的要求；四是要克服外场冲击爆炸试验带来的环境、气候变化对测试结果的影响，包括试验过程安全性以及试验成本等问题。此外，在测量埋入成层式组合材料中界面上的应力时，还要求不致因为安装传感器而破坏成层式材料界面上的整体性，从而削弱或增强了材料强度导致试验测试结果出现偏差。因而开发出一种安全高效、用于成层式组合材料进行应力波传播规律的试验方法十分必要。
发明内容
为解决上述存在问题，本发明目的是提出一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，试验方法中成层式组合材料试样由遮弹层、砂石分散层和结构层构成，并封装于套筒内；试验时，首先通过套筒上的螺纹小孔，在套筒底部用螺栓固定一个直径与套筒内径一致的结构层，并在所述结构层的上端端面粘贴PVDF 薄膜压力传感器；第二步，在套筒内壁涂抹适量的凡士林以减小套筒内壁与砂土的摩擦力，然后倒入称好的砂土试样，采用低高度轻夯的方法，将砂土试样夯至预想厚度得到砂石分散层；第三步，用上述同样的方法固定遮弹层，所述遮弹层的下端端面上同样粘贴有PVDF 薄膜压力传感器，PVDF 薄膜压力传感器连线通过套筒内的小孔引出接入到相关数据采集系统，然后在入射杆和透射杆端部涂适量凡士林，将成层式组合材料试样缓缓平行安装在入射杆和透射杆之间，压紧入射杆和、透射杆杆使其中间的凡士林充分挤压；待成层式组合材料试样准备完成后，去掉套筒上的固定螺栓；冲击试验时，在入射杆的前方设置发射系统，并在发射系统与入射杆之间设置子弹；所述的子弹与入射杆之间具有间距；在透射杆的后方设置与其同轴的阻尼器；通过子弹速度和冲击动能，实现对各层PVDF 薄膜压力传感器在成层式组合材料中应力测定，从而得出应力波在不同组合材料中的传播情况。
所述的入射杆、透射杆同轴心设置，并通过支架支撑在底座上；位于入射杆、透射杆之间的成层式组合材料试样悬空。
所述入射杆、透射杆以及套筒上均环形设置有应变片。
所述的遮弹层为混凝土垫块，所述的入射杆为铝合金材质。
所述的结构层为混凝土垫块或钢材垫块，所述的入射杆为铝合金材质。
所述的遮弹层与所述的入射杆为一体结构，均为铝合金材质。
所述的结构层与所述的透射杆为一体结构，均为铝合金材质。
本发明提出的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，通过测量套筒外表面应变片的环向应变，运用相关公式反推出其内部试样的应力和应变场关系；本发明能进行不同成层式组合材料一维应力波传播规律的试验研究；将套筒中圆柱体材料改为铝合金垫块，相应缩短套筒长度，以及在入射杆和透射杆上粘贴应变片，也可进行上述单项材料应力应变本构关系的试验研究，比较适合大当量武器空中、地面触底爆炸引起的感生地冲击波对地下层状结构动态响应试验研究，也可用于各种类型砂土松散材料、泡沫多孔软材料一维应力波衰减规律的试验研究。
附图说明
图1为本发明采用的分离式高速撞击铝杆装置。
图2为成层式组合材料试样的结构示意图。
图中：1、发射系统；2、子弹；3、测速仪；4、入射杆；5、套筒；6、成层式组合材料试样；6-1、结构层，6-2、砂石分散层，6-3、遮弹层，7、透射杆；8、吸收杆；9、阻尼器；10、基座，11、应变片,12、PVDF 薄膜压力传感器。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明专利，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，所述试验方法采用的装置由发射系统1、子弹2、测速仪3、入射杆4、套筒5、成层式组合材料试样6、透射杆7、吸收杆8、阻尼器9、基座10等组成。所述发射系统1通常由高压气源和发射控制系统组成，高压气源一般采用压缩氮气，配有氮气减压阀、气瓶及托架、气路连接管等；发射控制系统由PLC自动控制模块、电磁阀、液晶触摸屏操作板及托架、发射管以及支座等组成，控制发射精度0.1MPa，并配有消磁功能双开关实体发射按钮，发射速度不超过50m/s；所述子弹2为直径37mm，长度400mm、600mm和800mm的铝制高强圆柱体；所述测速仪3采用专用非接触式光学测速仪，光感应部分采用圆筒式结构，配有液晶测速显示屏，测试精度0.01m/s；所述入射杆4为长度为3500mm、直径37mm高强铝杆；所述套筒5为采用高强度钢制作、屈服强度≮500MPa的圆筒，套筒外表面贴有环向设置的应变片11，套筒两端开有小螺孔32个，每端16个，相错90°，螺丝底部喷塑或者橡胶处理，防止固定圆柱体试样时伤害其表面；所述成层式组合材料试样6由不同厚度和不同材质的遮弹层6-3、分散层6-2和结构层6-1组成，在不同材料界面分别粘贴有PVDF 薄膜压力传感器12；所述透射杆7为长度为1500mm、直径37mm高强铝杆；所述吸收杆8为长度800mm、直径37mm高强铝杆；所述阻尼器9为二级吸能装置，可吸收杆件撞击所产生的冲击能量；所述基座10由钢底座、精密导轨和中心架组成，长度在10m左右。其中精密导轨两侧面开有T型槽，方便将发射系统、杆件、吸收缓冲等部件在统一水平基准下快速安装和调整，中心架可支持对不同规格杆件的试验，整个杆系的支撑和冲击运动轨迹，是通过建立在高精密水平中心架上来实现的。
本试验方法在使用时，利用发射系统1中的高压气源所提供的动力，以及发射系统提供的加速通道，驱动子弹2撞击入射杆4和透射杆7，对安置在入射杆4和透射杆7之间的组合材料试样6产生一维轴向压缩加载冲击试验，并通过试样分界面上设置的PVDF薄膜压力传感器及套筒5外表面环向应变片，测试组合材料试样6在冲击状态下应力波传播性能及应力应变的变化情况。采用上述试验方法，可以进行不同成层式组合材料一维应力波传播规律的试验研究，也可进行上述单项材料应力应变本构关系的试验研究，比较适合大当量武器空中、地面触底爆炸引起的感生地冲击波对地下结构动态响应试验研究，也可用于不同类型砂土材料、泡沫多孔软材料一维应力波衰减规律的试验研究。
以上实施例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：试验方法中成层式组合材料试样由遮弹层、砂石分散层和结构层构成，并封装于套筒内；试验时，首先通过套筒上的螺纹小孔，在套筒底部用螺栓固定一个直径与套筒内径一致的结构层，并在所述结构层的上端端面粘贴PVDF 薄膜压力传感器；第二步，在套筒内壁涂抹适量的凡士林以减小套筒内壁与砂土的摩擦力，然后倒入称好的砂土试样，采用低高度轻夯的方法，将砂土试样夯至预想厚度得到砂石分散层；第三步，用上述同样的方法固定遮弹层，所述遮弹层的下端端面上同样粘贴有PVDF 薄膜压力传感器，PVDF 薄膜压力传感器连线通过套筒内的小孔引出接入到相关数据采集系统，然后在入射杆和透射杆端部涂适量凡士林，将成层式组合材料试样缓缓平行安装在入射杆和透射杆之间，压紧入射杆和透射杆使其中间的凡士林充分挤压；待成层式组合材料试样准备完成后，去掉套筒上的固定螺栓；冲击试验时，在入射杆的前方设置发射系统，并在发射系统与入射杆之间设置子弹；所述的子弹与入射杆之间具有间距；在透射杆的后方设置与其同轴的阻尼器；通过子弹速度和冲击动能，实现对各层PVDF 薄膜压力传感器在成层式组合材料中应力测定，从而得出应力波在不同组合材料中的传播情况。
2.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述入射杆、透射杆以及套筒上均环形设置有应变片。
3.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述的入射杆、透射杆同轴心设置，并通过支架支撑在底座上；位于入射杆、透射杆之间的成层式组合材料试样悬空。
4.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述的套筒5为采用高强度钢制作、屈服强度≮500MPa的圆筒；套筒两端壁上开有等距离小螺孔32个，每端16个，相错90°，螺丝底部喷塑或者橡胶处理。
5.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述的遮弹层为混凝土垫块，所述的入射杆为铝合金材质。
6.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述的结构层为混凝土垫块或钢材垫块，所述的入射杆为铝合金材质。
7.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述的遮弹层与所述的入射杆为一体结构，均为铝合金材质。
8.如权利要求1所述的一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法，其特征在于：所述的结构层与所述的透射杆为一体结构，均为铝合金材质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110408761.0A CN113702214A (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110408761.0A CN113702214A (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113702214A true CN113702214A (zh) | 2021-11-26 |
Family
ID=78648002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110408761.0A Pending CN113702214A (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113702214A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6266994B1 (en) * | 1997-01-24 | 2001-07-31 | European Atomic Energy Community | Method and apparatus for measuring properties of materials or structures |
| CN106093194A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-11-09 | 河海大学 | 爆炸下准脆性材料应力波衰减规律的测试装置及量征方法 |
| CN106248475A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-12-21 | 湖南科技大学 | 一种层状岩石冲击压杆试验中应力波分离的方法 |
| CN106769155A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-05-31 | 中国人民解放军理工大学 | 多功能集成的成层式结构抗爆试验装置 |
| CN106918515A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-07-04 | 中国人民解放军理工大学 | 颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置 |
| CN109991148A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-09 | 河南理工大学 | 二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置及其测试方法 |
| CN111077030A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-28 | 河海大学 | 一种高应变率下混凝土动态力学性能试验装置及方法 |
-
2021
- 2021-04-16 CN CN202110408761.0A patent/CN113702214A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6266994B1 (en) * | 1997-01-24 | 2001-07-31 | European Atomic Energy Community | Method and apparatus for measuring properties of materials or structures |
| CN106093194A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-11-09 | 河海大学 | 爆炸下准脆性材料应力波衰减规律的测试装置及量征方法 |
| CN106248475A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-12-21 | 湖南科技大学 | 一种层状岩石冲击压杆试验中应力波分离的方法 |
| CN106769155A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-05-31 | 中国人民解放军理工大学 | 多功能集成的成层式结构抗爆试验装置 |
| CN106918515A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-07-04 | 中国人民解放军理工大学 | 颗粒物质一维应力波衰减效应试验装置 |
| CN109991148A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-09 | 河南理工大学 | 二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置及其测试方法 |
| CN111077030A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-28 | 河海大学 | 一种高应变率下混凝土动态力学性能试验装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵凯: "分层防护层对爆炸波的衰减和弥散作用研究", 中国博士学位论文全文数据库, no. 8, 15 August 2008 (2008-08-15), pages 38 - 54 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106969897B (zh) | 可实现材料水下爆炸冲击波冲击压缩的等效加载实验装置 | |
| CN110057696B (zh) | 一种带吸能装置可模拟原位应力环境的分离式霍普金森压杆 | |
| CN202947939U (zh) | 一种撞击等效水下爆炸冲击加载实验测试装置系统 | |
| CN111220452B (zh) | 一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法 | |
| CN112858024B (zh) | 用于测量水力耦合作用下深部岩石动态性能的装置及方法 | |
| CN202837121U (zh) | 一种混凝土常规三轴冲击加载实验装置 | |
| WO2021017242A1 (zh) | 温度-压力-渗透压耦合双向电磁加载三轴shpb测试系统 | |
| Ye et al. | Dynamic response and failure of sandwich plates with PVC foam core subjected to impulsive loading | |
| US11921088B2 (en) | Thermal-stress-pore pressure coupled electromagnetic loading triaxial Hopkinson bar system and test method | |
| CN104048883A (zh) | 测试脆性材料动态剪切断裂韧度的方法及其实施装置 | |
| CN108535115B (zh) | 一种深部裂隙岩体高围压局部瞬态卸荷试验模拟系统 | |
| CN110441172B (zh) | 渗透压和静压耦合电磁加载三轴shpb装置和测试方法 | |
| CN103604706B (zh) | 一种复杂动力扰动岩爆室内实验方法及其实施装置 | |
| CN110579303B (zh) | 基于梯度泡沫的冲击波能量和冲量一体化测量装置及方法 | |
| CN110865012A (zh) | 一种基于霍普金森杆的岩石材料原位渗流测量系统及方法 | |
| CN211784865U (zh) | 一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置 | |
| CN111579579A (zh) | 多点全方位co2相变致裂压力时程曲线测试系统与方法 | |
| CN205910055U (zh) | 一种用于动力扰动型岩爆模拟的真三轴试验夹具 | |
| Yu et al. | A review of the torsional split Hopkinson bar | |
| CN212301381U (zh) | 多点全方位co2相变致裂压力时程曲线测试系统 | |
| CN211122349U (zh) | 一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置 | |
| CN103076242A (zh) | 材料高围压温控动态特性测试系统 | |
| Gu et al. | Dynamic characteristics of coal under triaxial constraints based on the split–Hopkinson pressure bar test system | |
| Cheng et al. | Energy evolution principles of shock-wave in sandstone under unloading stress | |
| CN110579413A (zh) | 一种可变杆径霍普金森压杆实验装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |