[发明专利]脆性材料高低温加载下力学特性损伤变化测量系统及方法

说明书

一种脆性材料高低温加载下力学特性损伤变化测量系统及方法，属于脆性材料测量系统及方法。该系统增加了温度应力耦合加载装置，声发射信号采集装置以及影像采集装置；利用温度应力耦合加载装置，实验环境更能接近实际环境，比如深部岩石所处的环境，使得实验研究结果更具有参考价值；利用影像采集装置结合数字图像相关技术得到试验过程中试件局部的位移场以及应变场，该测量方法具有非接触、全场测量、应用广、精度高、对原始数据的采集方式简单、测量要求环境低、便于实现整个系统的自动化。利用声发射信号采集装置，通过测量压裂的能量释放来检测裂隙的形成和演化，使得加载环境下脆性材料比如岩石的损伤与衰减可以在宏观和微观下进行描述。

技术领域

本发明涉及一种脆性材料测量系统及方法，特别是一种脆性材料高低温加载下力学特性损伤变化测量系统及方法。

背景技术

岩石等脆性材料是一种极其不均匀材料，包含很多缺陷如节理、孔、裂缝、裂缝和断层。深部岩石通常在加载下表现出非线性的力学性质并且具有不可逆的特性。另一方面，地下结构在采矿工程，岩土工程，石油地球科学研究中，对岩石破坏失稳过程的研究有非常重要的意义。

传统的岩石试件力学特性研究仅仅是通过试验机对岩样试件进行基本的参数的测定(如抗压强度、抗剪强度等)和借助声发射检测技术获得相关的指标特征。深部岩石所处的环境是比较复杂的，是在不同的温度场以及不同的应力状态下，这就使得岩石(岩体)这种非均质的各向异性的材料的性质更加复杂，所以在室内试验研究进行岩石力学实验时，考虑温度和应力的耦合效应对岩石力学性质的影响是必不可少的，利用高低温环境箱或者高温炉可以在室内实验时进行实时或者高温后的岩石力学实验，这样使得实验环境更能接近深部岩石所处的环境，也使得实验研究结果更具有参考价值。

脆性材料的表面和内部含有大量的弱面、裂隙等缺陷，在工程中，由于外界应力环境的扰动，一系列的弱化结构发生了裂隙的萌生，扩展，联合甚至贯通，一般的室内试验系统在实验过程中只能测试到力-位移曲线，这些数据只能提供很有限的特征性质，也不能检测到在整个变形过程中的不均匀的裂隙的形成与演化。

经典的实验力学包括应变电测方法和各种光测方法。以电阻应变计为敏感元件的应变电测技术因其尺寸小、重量轻、测量灵敏度高、测量应变量程大、频率响应高等优点而广泛应用于自动化监测控制、称重计量自动化、工程和科学实验中，但是它不适应于某些特殊环境(如高温)。后来发展起来的其他应变传感元件，如电容应变计等，可用于高温结构长期应变测量。应变电测法的不足：应变电测方法一般是单点或逐点测量，无法得到构件的全局应力应变分布，只能测量构件表面上的应变，而且是构件表面的平均应变，对于应力梯度很大或应力集中的构件表面测量误差较大，而且对测量环境要求较高，任何的风吹草动都会影响到测量结果。

常用的光测方法如光弹性法、贴片光弹法、全息光弹法、全息干涉法、云纹干涉法、散斑干涉法等，这些传统的光测力学方法的数据采集是利用胶片或干板记录带有被测物体表面位移或变形信息的光强分布，通过显影定影得到照片。但是由于显影定影操作费时费力，实验条件难于精确控制，实验结果难于精确重复，不利于后续的利用计算机图像处理。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要提供一种全场测量精度高，实验结果准确的脆性材料高低温加载下力学特性及损伤变化测量系统及方法。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：测量系统包括：力学特性测试装置、温度应力耦合加载装置、声发射信号检测装置和影像采集装置；影像采集装置位于温度应力耦合加载装置的一侧，力学特性测试装置和声发射信号检测装置分别与温度应力耦合加载装置连接。

所述的力学特性测试装置：一个计算机系统，全程数字控制，能够自动计算实验试件的应力、应变，能够控制高低温环境箱的温度，能够安全方便的操控加载装置。