[发明专利]一种基于霍普金森原理的一维层裂拉伸试验方法

摘要

本发明公开了一种基于霍普金森原理的一维层裂拉伸试验方法，优点是由于入射杆和杆状试件完全或近似满足阻抗匹配的条件，可以利用霍普金森压杆开展大尺寸试件的一维层裂动态拉伸试验，在混凝土等多相脆性材料冲击特性的实验研究领域，采用该技术方法可对符合工程实际的含大尺寸骨料的混凝土进行相应的动态实验研究，使其试验结果在宏观意义上具有有效性；且杆状试件的长度满足条件L_s＝2L_撞击杆C_撞击杆/C_s，使层裂拉伸断裂近似发生在试件的中部位置，从而保证试件截面上的应力均匀化。

主权项

1、一种基于霍普金森原理的一维层裂拉伸试验方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)、取入射杆和由多相脆性材料制成的杆状试件，同时取与入射杆的直径相等的撞击杆；(2)、将入射杆一端的垂直端面与杆状试件一端的垂直端面紧密贴合；(3)、当入射杆与杆状试件两者完全满足阻抗匹配的条件时，即ρbCbAb＝ρSCSAS其中：ρb表示入射杆的材料密度，Cb表示入射杆的材料波速，Ab表示入射杆的横截面积，ρs表示杆状试件的材料密度，CS表示杆状试件的材料波速，AS表示杆状试件的横截面积，取足够多的相同材料和规格的杆状试件，每个杆状试件试验一次，试验开始时，气枪施以撞击杆足够大的撞击速度撞击入射杆，以产生较大的冲击波使杆状试件发生层裂拉伸断裂，此后逐渐减小撞击速度，直至达到能使杆状试件发生层裂拉伸断裂的最小撞击速度，在该临界冲击速度下重复多次，此时该临界拉伸应力即近似为杆状试件的一维层裂拉伸破坏强度，根据σ抗拉＝ρbCbV0/2得到杆状试件的一维层裂拉伸破坏强度，其中ρb为入射杆的材料密度，Cb为入射杆的材料波速，V0为发生层裂时撞击杆的最小撞击速度。(4)、当入射杆与杆状试件两者近似满足阻抗匹配的条件时，即ρbCbAb≈ρSCSAS，在入射杆上设置应变片，将应变片与超动态应变仪连接；(5)、用撞击杆撞击入射杆的端部，通过设置在入射杆上的应变片测得入射杆的入射应变波εi(t)和反射应变波εr(t)，根据σi(t)＝E0×εi(t)和σr(t)＝E0×εr(t)得到入射杆上的入射应力波σi(t)和反射应力波σr(t)，其中E0表示入射杆材料的弹性模量，并根据一维应力波条件(σi(t)+σr(t))Ab＝(σt(t))AS得到传入杆状试件的透射压缩波σt(t)；(6)、传入杆状试件的透射压缩波σ+(t)(即σt(t))在杆状试件的自由端发生反射，产生反射拉伸波σ-(t)，并在杆状试件的ZC位置发生断裂，根据透射压缩波σ+(t)和反射拉伸波σ-(t)得到σs(ZC，t*)＝σ+(ZC，t*)+σ-(ZC，t*)，其中：t*表示杆状试件的层裂拉伸断裂时刻，ZC表示杆状试件的层裂拉伸断裂位置，σs(ZC，t*)表示杆状试件的材料层裂动态拉伸强度，σ+(ZC，t*)表示在杆状试件断裂时刻的透射压缩波，σ-(ZC，t*)表示在杆状试件断裂时刻的反射拉伸波。