[发明专利]一种模拟管道爆破断口形貌的测试装置及测试方法

摘要

本发明公开了一种模拟管道爆破断口形貌的测试装置及测试方法，包括支撑装置、高速冲击拉伸装置、夹持装置、滑动轴承、减震装置、顶出机构、高速加载装置、数据采集系统。采用机械加工的方法，将测试材料加工成长度为300mm的“哑铃”形状拉伸试样，在试样平行段的一侧的中部沿壁厚方向压制V型缺口。本发明试验结果能真实反映实际工程管道在爆破时的断裂形貌，避免原有落锤撕裂试验因直接锤击试样而出现与实物爆破断口形貌完全不同的异常断口所致导致试验无效的问题，可有效模拟管道在爆炸/冲击载荷下的力学响应，有助于这些材料的工程应用和工程设计。

主权项

1.一种模拟管道爆破断口形貌的测试方法，所述方法基于一种模拟管道爆破断口形貌的测试装置，所述装置包括支撑装置，以及套装在支撑装置上的高速冲击拉伸装置；支撑装置包括上底板(1‑1)和下底板(1‑2)，上底板(1‑1)和下底板(1‑2)通过支撑柱(1‑3)相连；高速冲击拉伸装置包括上部的冲击板(2‑3)和滑动底板(2‑1)，冲击板(2‑3)和滑动底板(2‑1)通过滑动冲击杆(2‑2)相连；用于安装试样(9)的夹持装置设置于滑动底板(2‑1)和上底板(1‑1)之间；滑动底板(2‑1)和下底板(1‑2)之间的支撑柱(1‑3)上安装有减震装置(5)；下底板(1‑2)的底部安装有用于将高速冲击拉伸装置顶回到工作位置的顶出机构(6)；冲击板(2‑3)的上方设置有用于将高速冲击载荷瞬间施加到冲击板(2‑3)上的高速加载装置(7)；夹持装置的底部安装有用于采集高速冲击拉伸过程中试样(9)的应力和位移的数据采集系统；所述上底板(1‑1)和下底板(1‑2)均为矩形；上底板(1‑1)和下底板(1‑2)通过四根尺寸结构相同的圆形光滑的 支撑柱(1‑3)联接，支撑柱(1‑3)均匀分布在上底板和下底板的四个顶角处；上底板(1‑1)的中心线处对称开有两个轴承孔，分别安装有第一滑动轴承(4‑1)；所述滑动底板(2‑1)的顶角处开有四个轴承孔，分别安装有第二滑动轴承(4‑2)；滑动底板(2‑1)通过第二滑动轴承(4‑2)安装在支撑柱(1‑3)上，并能够沿着支撑柱(1‑3)在上底板(1‑1)和下底板(1‑2)之间上下移动；两个滑动冲击杆(2‑2)通过第一滑动轴承(4‑1)安装在上底板(1‑1)上；所述夹持装置分别由上夹头(3‑1)和下夹头(3‑2)构成；上夹头(3‑1)固定在上底板(1‑1)的中部位置，下夹头(3‑2)固定在滑动底板(2‑1)的中部，并与上夹头(3‑1)保持在同一轴线上；所述数据采集系统包括时间计数器、处理器以及安装在下夹头和滑动底板之间的力传感器和位移传感器；试验时，上夹头(3‑1)和下夹头(3‑2)分别夹持在试样的两端；所述减震装置(5)包括四个压缩弹簧，压缩弹簧分别套在4根支撑柱(1‑3)上，压缩弹簧的下端均与下底板(1‑2)接触，用来吸收滑动底板受高速拉伸冲击时多余的能量；所述顶出机构(6)包括顶出缸(6‑1 )和顶杆(6‑2)；顶出缸(6‑1 )安装在下底板(1‑2)的底部，顶杆(6‑2 )与顶出缸(6‑1 )的活塞连接；所述高速加载装置(7)包括驱动机构(7‑1)和载荷调节系统(7‑2)；驱动机构(7‑1)为能够对冲击板(2‑3)产生高速冲击的机构，采用重物锤击、高速弹丸、可燃物爆燃、气‑液、电液伺服或高速电机；其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，试样制作；从需要测试的管道材料上截取矩形试块，保持材料原始厚度，采用机械加工的方法，从试块两侧将加工成长度为300mm的拉伸试样；拉伸试样两端夹持部位的宽度为85mm，长度为100mm，中间平行段长度为80mm，并在试样平行段的一侧中部沿壁厚方向压制深度为5±0.5mm，角度为45°±2°，根部半径R小于等于0.04mm的V型缺口；第二步，将拉伸试样放置在环境箱中保温到所要求的测试温度，并迅速将其安装在夹持装置上；第三步，打开开关，高速加载装置将高速冲击载荷瞬间施加到冲击板上；通过滑动冲击杆带动固定安装在滑动底板上的下夹头移动，从而产生高速拉伸载荷将带有V型缺口的拉伸试样快速拉断；试样拉断后，高速加载装置剩余的能量将通过减震装置吸收消耗，避免测试装置产生剧烈震动；第四步，将断裂后的拉伸试样从夹持装置中取下，利用顶出机构推动滑动底板，将高速冲击拉伸装置顶回到工作位置；第五步，采用断口测试分析工具，对高速拉伸断裂后的断口形貌进行分析；并通过数据采集系统分析拉伸试样在高速拉伸断裂过程中的应力、应变和时间曲线，并计算材料高速拉伸断裂时的吸收能量，得到材料的断裂韧性。