[发明专利]脆性材料动态断裂扩展韧度测试方法

权利要求书

1.一种脆性材料动态断裂扩展韧度测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)制备具有直切槽(11)的试样(1)，在所述试样(1)的观测面上喷印点阵参考系；

B)对所述试样(1)进行三点弯加载实验，所述三点弯加载实验基于霍普金森压杆设备进行，所述霍普金森压杆设备包括撞击杆(21)、入射杆(22)和透射杆(23)，并利用数字图像测量装置测量所述点阵参考系中各散点沿水平方向以及竖直方向的位移量，以得出散点水平方向位移量云图和散点竖直方向位移量云图；

C)利用所述数字图像测量装置和计算机(4)确定由所述试样(1)断裂形成的完全断裂角的大小以通过几何关系确定两个断裂体在该试样(1)断裂前的几何中心，以及试样(1)的完全断裂角，并将所述几何中心标定为观测点，结合所述散点沿水平方向的位移量云图以及散点沿竖直方向的位移量云图确定所述观测点完全断裂前后沿水平方向以及竖直方向的位移量，从而得到几何中心的移动距离，以根据所述完全断裂角计算两个所述断裂体的平均旋转角速度，随后测量所述断裂体的质量以及半径，以得到每个所述断裂体的转动惯量，以通过所述转动惯量以及所述平均旋转角速度求得所述断裂体的转动动能，并根据所述断裂体的几何中心的移动距离以及所述断裂体的质量，得出所述断裂体的平移动能，以将所述平移动能和所述转动动能相加得到两个所述断裂体的位移动能；

D)计算所述试样(1)在断裂过程中的单位面积耗散能，所述单位面积耗散能由所述试样(1)的入射能、反射能、透射能、两个所述断裂体的所述位移动能以及断裂区面积得出，所述入射能、所述反射能和所述透射能的计算过程如下：

其中，E_I为入射能、E_R为反射能、E_T为透射能，入射能E_I根据入射杆(22)的入射杆横截面积A_e、入射杆弹性模量E_e、入射应变ε_I(t)和入射杆纵波波速C_e得出；反射能E_R根据入射杆横截面积A_e、入射杆弹性模量E_e、反射应变ε_R(t)和入射杆纵波波速C_e得出；透射能E_T根据透射杆(23)的透射杆横截面积、透射杆弹性模量、透射应变ε_T(t)和透射杆纵波波速得出；最后，测量出断裂区面积记为A，并根据试样断裂过程中的总耗散能Ω计算出单位面积耗散能；再结合试样(1)的泊松比v、弹性模量E以及试样(1)的纵波波速C_p和剪切波波速C_s求出动态断裂扩展韧度具体计算过程如下式所示：

其中，α_P为和α_S为无量纲的两个参数，G_dC为所述单位面积耗散能。

2.根据权利要求1所述的脆性材料动态断裂扩展韧度测试方法，其特征在于，步骤A)中的所述直切槽(11)设于所述试样(1)上某一侧面的中部，并沿该侧面的宽度方向贯穿所述试样(1)。

3.根据权利要求2所述的脆性材料动态断裂扩展韧度测试方法，其特征在于，步骤A)中所述点阵参考系的建立步骤包括：

a)清理所述观测面，并喷涂底层涂层；

b)在所述底层涂层上印戳或喷涂，以形成所述散点，从而建立所述点阵参考系。

4.根据权利要求3所述的脆性材料动态断裂扩展韧度测试方法，其特征在于，所述试样(1)夹装于所述入射杆(22)和所述透射杆(23)之间，所述撞击杆(21)能够撞击所述入射杆(22)，所述入射杆(22)上设有入射杆应变片(221)，所述入射杆应变片(221)与波形采集显示装置(3)连接，以测量入射应变和反射应变；所述透射杆(23)上设有透射杆应变片(231)，所述透射杆应变片(231)与所述波形采集显示装置(3)连接，以测量透射应变。