[实用新型]温压环境下静态半圆盘三点弯曲断裂韧性测量装置

说明书

温压环境下静态半圆盘三点弯曲断裂韧性测量装置,属于机械、工程地质、土木工程等工程技术领域,用于岩石、混凝土、玻璃等脆性材料在可控温度、流体压强环境下的断裂韧性测试，它包括温压控制装置、半圆盘三点弯曲加载装置和试样夹持装置；所述半圆盘三点弯曲加载装置位于温压控制装置内部，所述试样夹持装置位于半圆盘三点弯曲加载装置的活动底板上。本发明在在测试中通过可视窗实时观察裂纹起裂和扩展过程，及时排除无效实验数据；加载部分和试样取装部分相互独立，防止多次使用时因为加载部分定位不准引起的密封性降低和测试误差增加，节约流体用量和增压所需功耗。

技术领域

本发明属于工程力学中岩石、混凝土等弹脆性材料的实验设备技术领域，涉及一种静态半圆盘三点弯曲断裂韧性测量装置，尤其是能测量可控温度和压强的气体或液体环境下材料的断裂韧性。

背景技术

材料断裂韧性的测试用于构建断裂力学的裂纹扩展准则。通过裂纹扩展准则结合实际问题的几何结构可以进一步确定其破坏的临界载荷；对于复杂问题，也可以用于数值计算中建立裂纹扩展模型，得到结构的破坏形式，从而用于优化结构设计、评估已有结构的承载能力等领域。

目前静态半圆盘三点弯曲实验主要用于测量岩石、混凝土等弹脆性材料的断裂韧性。对于这些弹脆性材料，现有测量断裂韧性的方法包括：半圆盘三点弯曲、巴西圆盘劈裂、梁的三点弯曲、紧凑拉伸等，半圆盘三点弯曲实验由于其实施简单、试样用料节约而广泛应用。当前对材料的三点弯曲实验多在常温常压下进行，实验中，半圆盘沿对称轴有预制裂纹，当圆盘的顶部和两角点受力达到某临界值时，裂纹扩展导致半圆盘破坏，通过该临界值推导出材料的断裂韧性。

然而诸多材料长期处于非常温常压的流体环境中，例如：地下千米以深的天然油气储层、核设施中的混凝土等，这些材料的断裂韧性测试需要模拟其所处的真实环境。随着温度升高，材料表现出刚度降低、塑性升高、强度减弱、蠕变增强等现象；随着压强升高，岩石、混凝土等材料的内部孔隙被压缩，其力学性质将进一步发生变化。如果继续在常温、常压下进行测量，材料的断裂韧性与真实环境中的数值不再相等。

发明内容

为了克服现有的半圆盘三点弯曲设备不能测量温压环境下材料的断裂韧性的不足，本发明提供一种测试装置，该装置可以调节试样所处液体或气体环境的温度和压强，模拟材料所处的真实环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温压环境下静态半圆盘三点弯曲断裂韧性测量装置，其特征在于：包括温压控制装置、半圆盘三点弯曲加载装置和试样夹持装置；所述半圆盘三点弯曲加载装置位于温压控制装置内部，所述试样夹持装置位于半圆盘三点弯曲加载装置的活动底板 上；所述温压控制装置包括电热丝供电箱 、压强计 、压强控制伺服泵、圆柱釜体、压力釜顶盖、压力釜底盖，圆柱釜体的下部设置压力釜底盖，圆柱釜体的顶部设置压力釜顶盖，圆柱釜体中部设有可视窗 ，可视窗与釜体固结，压强控制伺服泵通过管道与釜体连接，电热丝供电箱通过供电线与釜体连接；所述半圆盘三点弯曲加载装置包括圆柱体压柱、半圆柱体压头、半圆柱形支座和活动底板 ，半圆柱体压头 固定在圆柱体压柱底端，半圆柱体支座 与活动底板固定并位于活动底板上面，试样放置在半圆柱体支座 上面且位于半圆柱体压头正下方；所述试样夹持装置包括前侧定位柱 、后侧定位柱、滑动软杆 和定位螺栓；滑动软杆的滑套套在前侧定位柱 上，半圆柱形支座 设置在前侧定位柱与后侧定位柱之间，定位螺栓 设置在前侧定位柱上并位于滑动软杆与半圆柱形支座之间。

为保证密封性，压柱密封环 和活动底板密封环 用于压力釜内流体的密封，圆形密封导向圈 置于压力釜顶端，上端和顶盖接触，下端和压力釜内壁面的凸起接触。

为保证定位，圆柱体压柱连接有定位键，在压力釜顶盖上轴对称分布有导向槽，导向槽与定位键配套使用，定位槽对称分布在活动底板上，用于底板的定位。

为保证温度和压强可控，绝缘层和电热丝分别在外侧和内侧形成管型结构，粘贴在压力釜内壁面，压强计和伺服泵共同保证釜内压强维持在特定值。