[发明专利]一种基于液压致裂法的脆性材料拉伸强度测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于液压致裂法的脆性材料拉伸强度测试系统及方法，所述系统包括计算机、控制器、伺服液压加载系统、致裂针头和压力传感器，所述计算机用于将加压指令发送给控制器，所述控制器用于将指令下发给伺服液压加载系统，所述伺服液压加载系统用于对致裂针头施加压力，所述致裂针头作用在炸药结构件上，致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并由控制器反馈至计算机。该方法能在保证测试精度的条件下显著缩短试样准备周期，提高测试效率，同时还具有测试简单、试样用料少且对试样形貌尺寸要求少等特点。

技术领域

本发明涉及材料力学性能技术领域，具体涉及一种基于液压致裂法的脆性材料拉伸强度测试系统及方法。

背景技术

拉伸强度是材料力学性能的重要参数，对于脆性材料，其拉伸强度小于压缩强度，因此其拉伸强度的测试更为重要。拉伸强度的测试方法主要包含基于拉伸试样的直接拉伸法和间接拉伸法。直拉法是一种广泛应用的材料拉伸强度测试方法，直接获得材料的拉伸强度，其形成了诸多的国家标准，但试验前需要将材料加工成哑铃状，制样工序多、耗时长、材料利用率低而且试样装夹中容易出现偏心影响实验结果，并且也使得在材料配方研制时期样品测试成本较高。为了克服这些问题，发展了以巴西试验为代表的间接拉伸法，其可快速评价材料拉伸强度，具有操作简便、试样用料少等特点。但是由于巴西试验起裂位置并非单轴应力状态，对于非线弹性材料、静水压力相关材料的测试误差较大。因此，目前缺少一种既能保证测试精度、又能保证测试效率的材料拉伸强度测试方法。

发明内容

本发明的目的是为了弥补直拉法测试效率不高，而间接拉伸法精度欠佳的不足，提供一种基于液压致裂法的可应用于脆性材料拉伸强度测试的新方法，该方法能在保证测试精度的条件下显著缩短试样准备周期，提高测试效率，同时还具有测试简单、试样用料少且对试样形貌尺寸要求少等特点。

为了达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

一种基于液压致裂法的脆性材料拉伸强度测试系统，所述系统包括计算机、控制器、伺服液压加载系统、致裂针头和压力传感器，所述计算机用于将加压指令发送给控制器，所述控制器用于将指令下发给伺服液压加载系统，所述伺服液压加载系统用于对致裂针头施加压力，所述致裂针头作用在炸药结构件上，致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并由控制器反馈至计算机。

本发明还提供了一种基于液压致裂法的脆性材料拉伸强度测试方法，先在待测试样上钻取钻孔，将致裂针头放入钻孔内并密封，通过计算机向控制器发送加压指令使伺服液压加载系统对管路施加压力，此时致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并反馈至计算机，随着压力逐渐增大，试样孔壁破裂，由破裂时管路压力即可得到该试样的拉伸强度。

进一步的技术方案为，所述试样的尺寸大于钻孔孔径的1.5倍。

支撑原理如下：在试样上钻孔，并由孔内部施加均匀压力，其理论模型为：假设在无限大平面内有一半径R的圆孔，孔内受均匀内压P作用且无外场应力作用(如图2)，圆孔附近的应力状态为：

式中：σr、σθ分别为孔壁径向应力和切向应力，MPa；P为孔内液体压力，MPa；r为到圆心O的距离，mm；R为小孔半径，mm。

可见，σr是压应力(负值)，σθ为拉应力(正值)。当r等于R时(即孔壁处)，σr达到最大压应力，σθ达到最大拉应力，即：

σ_r＝-P,σ_θ＝P (2)

由于脆性材料的拉伸强度小于压缩强度，当内压不断增加到材料的拉伸强度时，孔壁将最先出现破裂(即孔壁切向应力达到材料的抗拉强度)，此时有：

σ_θ＝σ_t＝P_b (3)