[发明专利]落锤压剪冲击试验装置

说明书

本发明提出了一种落锤压剪冲击试验装置，用以解决现有的测试方法冲击速度快、存在较大安全隐患、不便于观测裂纹扩展等力学响应的问题，包括支撑结构以及电源，支撑结构的上部设置有曳引机构、由曳引机构驱动进行升降的冲击组件以及抱紧释放机构，支撑结构的下部设置有冲击试样受载结构，冲击试样受载结构的信号输出端连接有应变测试系统，冲击试样受载结构的旁侧设置有光学测试系统。本发明实现了中低速岩石压剪冲击的实时应变以及光学测量，采用落锤冲击与压剪夹具配合使用，实现中低速岩石压剪冲击测试，采用表面直接应变测试法以及数字散斑间接测量法记录冲击到破坏过程中的变形与力学响应，并通过高速摄像机记录裂纹扩展过程。

技术领域

本发明涉及岩石动态压剪试验技术领域，尤其是涉及一种落锤压剪冲击试验装置。

背景技术

岩石在冲击荷载作用下的本构关系是爆破工程、地下防护工程等领域的研究热点，如何得到冲击荷载下材料的力学响应是其中的关键。岩石属于天然材料，内部节理发育不规则，处于压剪状态下的岩石在爆炸等冲击荷载下的裂隙发展规律，对于采矿、防护等工程具有重要的理论意义，岩石动态压剪性能实验研究是工程界急需开展的重大关键性试验之一。

霍普金森杆是研究材料动态力学性能的最基本的手段之一，基本原理是给试件提供一个可以控制幅值、形状以及持续时间等的一脉冲信号，然后通过分析两根杆上得到的应力波信号即可得出处于两根杆之间的试件的应力应变信息，从而可以得出所测试件的力学性能。此时测得的试件的力学性能是在高速度、高应变率的情况下。一般的霍普金森杆的加载速度以及应变率均较大，比较适用于子弹等高速运动的动态响应，不适用压剪复合冲击，且不便于观测裂纹扩展等力学响应，对于岩石等脆性材料，在中低速冲击左右下的力学响应显然也比较重要，因此研发适用中低速冲击的试验装置也是冲击动力学完善的关键一环。

目前落锤实验装置主要用于板材类材料的冲击破坏，且只能测试不同能量下冲击破坏的次数，来检测材料的合格率，不能量化地测试冲击过程中的变形与力学响应过程。也未见到有岩石压剪复合冲击荷载的加载装置。所以研发一种能够实现中低速岩石压剪冲击测试的装置显得尤为重要。

发明内容

本发明提出一种落锤压剪冲击试验装置，以解决现有的测试方法破坏力较大、存在较大安全隐患、不便于观测裂纹扩展等力学响应的问题，以达到中低速对岩石试样进行冲击，量化地测试冲击过程中的变形与力学响应过程，增大测试安全性的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：

落锤压剪冲击试验装置，包括用于支撑装置整体的支撑结构以及用于为装置整体提供电能的电源，支撑结构的上部设置有曳引机构、由曳引机构驱动进行升降的冲击组件以及设置在曳引机构与冲击组件之间用于控制冲击组件释放且在冲击组件第一次回弹时抱紧冲击组件的抱紧释放机构，支撑结构的下部设置有用于冲击组件在抱紧释放机构释放后进行冲击碰撞产生压剪应变的冲击试样受载结构，冲击试样受载结构的信号输出端连接有用于基于无线动态应变测试技术基础上对冲击试样受载结构产生的压剪应变进行采集分析的应变测试系统，冲击试样受载结构的旁侧设置有用于记录冲击瞬间全场位移并基于数字散斑测量方法计算应变场及裂纹扩展速度的光学测试系统。

进一步优化技术方案，所述支撑结构包括呈矩形块状的底座、竖直设置在底座顶端面上的两立柱以及设置在两立柱顶端的顶板，两立柱的内侧壁上均设置滑轨。

进一步优化技术方案，所述曳引机构包括曳引绳以及设置在顶板上用于将曳引绳进行缠绕释放的驱动机构，驱动机构包括曳引电机以及与曳引电机的输出轴端相连接的转动滚筒，曳引绳缠绕设置在转动滚筒上。

进一步优化技术方案，所述冲击组件包括呈矩形块状设置的落锤以及与落锤相固定的球状提手，落锤的两侧设置有与滑轨相配装的光滑凹槽。