CN203616216U - 一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置，是由：撞击杆1、波形整形器2、霍普金森杆3、霍普金森杆应变计4、细长混凝土试件应变计5、细长混凝土试件6、透射杆应变计7、透射杆8和缓冲装置9构成。透射杆为空心铝合金杆，其横截面积与波阻抗之积小于试件的横截面积与波阻抗之积，同时采用细长杆状试件。撞击杆撞击霍普金森杆所产生的压缩波对试件轴向冲击压缩加载，压缩波传播到透射杆和试件接触面时，由于透射杆波阻抗与横截面积之积小于试件，加载压缩波反射为拉伸波使试件产生层裂破坏，层裂过程中所形成的压缩波会传播到透射杆，通过测量透射杆上应变波形可以得到材料层裂强度。

Description

一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置

技术领域

本实用新型涉及脆性材料层裂强度测量的实验装置，尤其是一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置。

背景技术

在爆炸和冲击等强动载作用下，压缩波在混凝土结构自由面反射成拉伸波会使混凝土产生层裂破坏。层裂破坏不仅会对混凝土结构本身产生破坏，层裂破坏所形成的高速痂片也会对结构内人员和设备产生毁伤。但混凝土材料的极端非均匀性使得其层裂强度的测量十分困难。

发明内容

本实用新型为了解决混凝土层裂实验中测量层裂强度的难题，设计了一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置，透射杆为空心铝合金杆，撞击杆撞击霍普金森杆所产生的压缩波对试件轴向冲击压缩加载，压缩波传播到透射杆和试件接触面时，由于透射杆波阻抗与横截面积之积小于试件，加载压缩波反射为拉伸波使试件产生层裂破坏，层裂过程中所形成的压缩波会传播到透射杆，通过测量透射杆上应变波形可以得到材料层裂强度。由于透射杆材料为线弹性材料，应力波在其中传播时不会发生弥散和衰减，所以可直接利用透射杆上应变与透射杆材料弹性模量之积得到试件与透射杆接触面压力波形，得到试件材料的层裂强度。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置，是由：撞击杆1、波形整形器2、霍普金森杆3、霍普金森杆应变计4、细长混凝土试件应变计5、细长混凝土试件6、透射杆应变计7、透射杆8和缓冲装置9构成。撞击杆1同轴位于霍普金森杆3左侧，霍普金森杆3的左端面设置有波形整形器2，细长混凝土试件6位于霍普金森杆3和透射杆8之间，后面为缓冲装置9。霍普金森杆3上设置有霍普金森杆应变计4，细长混凝土试件6上设置有细长混凝土试件应变计5，透射杆8上设置有透射杆应变计7.所述撞击杆1为变截面撞击杆，所述波形整形器2为金属或者其他软材料薄片，撞击杆1撞击波形整形器2能在霍普金森杆3中产生准三角波或者准正弦波。所述细长混凝土试件6的长度和弹性纵波波速之比要大于撞击杆1，即L_s／C_s>L_p／C_p(其中L_s和L_p分别为试件和撞击杆长度，C_s和C_p分别为试件材料和撞击杆材料的弹性纵波波速)。所述透射杆7为空心铝合金杆，也可以是其他线弹性材料，只要能满足A_s(ρc)_s>A_t(ρc)_t即可在试件内部产生拉伸波导致试件层裂破坏，其中A_s为试件横截面积，(ρc)_s为试件材料波阻抗；A_t为空心透射杆面积，(ρc)_t为透射杆材料波阻抗。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图

图1中：撞击杆-1、波形整形器-2、霍普金森杆-3、霍普金森杆应变计-4、细长混凝土试件应变计-5、细长混凝土试件-6、透射杆应变计-7、透射-8、缓冲装置-9

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明

图1中：通过高压气炮或者其他气动装置发射撞击杆以一定速度同轴撞击霍普金森杆。撞击所产生的压缩应力波通过霍普金森杆对试件压缩加载，压缩波传播到试件和透射杆接触面时会产生反射和透射。欲使试件产生层裂破坏，就要求透射杆的波阻抗小于试件的波阻抗，但一般线弹性的金属材料的波阻抗都大于混凝土，而选用尼龙等粘弹性材料虽然可以满足波阻抗要求，但应力波在粘弹性材料中传播时会产生弥散和衰减。所以采用空心铝合金杆作为透射杆，其广义波阻抗A_t(ρc)_t小于试件A_s(ρc)_s，一方面能满足层裂发生对波阻抗的要求，同时，又避免了波的衰减和弥散问题，可以通过透射杆上应变计测量应变转换为应力波形后，利用下式计算材料的层裂强度：

${\mathrm{\σ}}_F=\frac{1}{2}[n({\mathrm{\σ}}_{\max }-{\mathrm{\σ}}_{\min })-({\mathrm{\σ}}_{\max }+{\mathrm{\σ}}_{\min })]\frac{A_t}{A_s}$

其中：n=(Aρc)_s／(Aρc)_t为混凝土材料与透射杆“广义”波阻抗比。

以上为本实用新型优选方式，以此原理采用其它线弹性材料作为空心透射杆的，均属于本实用新型保护范围。

Claims (3)

1.一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置，是由：撞击杆(1)、波形整形器(2)、霍普金森杆(3)、霍普金森杆应变计(4)、细长混凝土试件应变计(5)、细长混凝土试件(6)、透射杆应变计(7)、透射杆(8)和缓冲装置(9)构成；其特征在于：撞击杆(1)同轴位于霍普金森杆(3)左侧，霍普金森杆(3)的左端面设置有波形整形器(2)，细长混凝土试件(6)位于霍普金森杆(3)和透射杆(8)之间，后面为缓冲装置(9)。 

2.根据权利要求1中所述的一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置，其特征在于：所述撞击杆(1)为变截面撞击杆，所述波形整形器(2)为金属材料薄片，所述霍普金森杆(3)上设置有霍普金森杆应变计(4)；所述细长混凝土试件(6)上设置有细长混凝土试件应变计(5)，细长混凝土试件(6)的长度和弹性纵波波速之比要大于撞击杆(1)，即满足：L_s/C_s＞L_p／C_p，其中L_s和L_p分别为试件和撞击杆长度，C_s和C_p分别为试件材料和撞击杆材料的弹性纵波波速；所述透射杆(8)为空心铝合金杆，上面设置有透射杆应变计(7)。 

3.根据权利要求1中所述的一种利用空心霍普金森压杆测量混凝土层裂强度的实验装置，其特征在于：所述透射杆(8)也可为线弹性材料，只要能满足波阻抗与透射杆横截面积之积小于试件材料波阻抗与试件横截面积之积即可。 

Images