[发明专利]脆性材料三向拉应力试验方法及可更换式粘接拉伸工装

说明书

本发明公开了一种适用于脆性材料三向拉应力试验的方法，包括如下步骤：步骤一、三向拉应力样品设计，对三向拉应力样品进行设计，样品是圆柱体，截面直径为D，长度不低于5D，在样品中间设计成一个缺口，缺口为凹陷的球面，缺口最深处距离为0.4D，可视为在缺口中间形成一个直径为0.4D的球形，凹陷的球面的曲率半径R为0.15D。步骤二、非接触测试方法获得应变，采用3D全场变形测试技术，对三向拉应力样品进行应变测试。本发明还提供了可更换式粘接拉伸工装。本发明测量精确，操作方便，性能稳定，可以有效测量脆性材料三向拉应力。

技术领域

本发明涉及一种材料应力试样方法和装置，具体涉及一种脆性材料三向拉应力试验方法及可更换式粘接拉伸工装，属于材料性能表征领域。

背景技术

脆性材料的复杂应力加载比较困难，比例加载需要专用大型的设备，对样品尺寸形状有一定的要求。对于等应力压缩加载，可采用主动围压试验实现，而对于双向拉伸和三向拉伸试验，由于脆性材料的特性，导致该类型试验加载难度较大，目前还没有较好的方法能有效完成这一类型的试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于脆性材料三向拉应力试验的方法，主要是通过在脆性材料样品上制备一定曲率的缺口试样实现三向应力的加载，结合非接触变形测量，获得破坏阈值与破坏应变，可用于研究脆性材料三向拉应力下的破坏行为。

本发明是这样实现的：

脆性材料三向拉应力试验方法，包括如下步骤：

步骤一、三向拉应力样品设计

对三向拉应力样品进行设计，样品是圆柱体，截面直径为D，长度不低于5D，在样品中间设计成一个缺口，缺口为凹陷的球面，缺口最深处距离为0.4D，可视为在缺口中间形成一个直径为0.4D的球形，凹陷的球面的曲率半径R为0.15D。

通过这种设计，可以获得较大的三向拉应力。

步骤二、非接触测试方法获得应变

采用3D全场变形测试技术，对三向拉应力样品进行应变测试；

将三向拉应力样品的两端端部粘接在对剖式套筒内，通过对剖式套筒对三向拉应力样品进行固定，对剖式套筒分别与上压板和下压板相连，通过上压板和下压板对三向拉应力样品提供应力加载，利用3D全场变形测试技术测试应变以获得三向拉应力。

更进一步的方案是：

利用3D全场变形测试技术测试应变获得三向拉应力时，需要对三向拉应力样品的径向变形数据处理进行处理，具体包括：

1)区域平均法

在单轴拉伸下，圆柱径向应变与切向应变相等，散斑获得的直角坐标系X方向ε_xx等于圆柱坐标系径向应变。由于径向应变很小，信号的信噪比较高。采用了两种方法提高径向应变的信噪比，一种是区域平均法，散斑数字相关方法的位移测量误差可分为系统误差和随机误差，系统误差指由亚像素插值方法所导致的位移测量误差；随机误差指由CCD摄像机暗电流引起的图像灰度波动所导致的位移测量误差。对测试信号按照m倍叠加，其中的噪声信号按照√m倍叠加，多次测量后信号信噪比将大大提高。如图7所示，在曲率半径附近区域方框内变形近似认为是一样的，对该区域变形求和，相当于多次重复采集，该方法可有效降低应变信噪比，如式1所示，图8为单点应变与该区域的平均应变，可见平均应变信噪比较低。

ε_i为每一点处的应变；n是该区域内所有点；ε为该区域的平均应变。

2)虚拟引伸计方法