一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置製造方法
2023-05-26 23:52:06 1
一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置製造方法
【專利摘要】一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置，是由：撞擊杆1、霍普金森杆2、霍普金森杆應變計3、細長混凝土試件應變計4、細長混凝土試件5、透射杆應變計6、透射杆7和緩衝裝置8構成。用軟材料透射杆取代普通的分離式霍普金森壓杆中的透射杆，同時採用細長杆狀試件。撞擊杆撞擊霍普金森杆所產生的壓縮波對試件軸向衝擊壓縮加載，壓縮波傳播到透射杆和試件接觸面時，由於透射杆材料波阻抗小於試件，加載壓縮波反射為拉伸波使試件產生層裂破壞，層裂過程中所形成的壓縮波會傳播到透射杆，通過測量透射杆上應變波形可以得到材料層裂強度。
【專利說明】 —種測量混凝土層裂強度的實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及脆性材料層裂強度測量的實驗裝置，尤其是一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]混凝土材料是最常用的建築材料，在軍用和民用領域得到廣泛應用。由於其抗拉強度低，一般不能用於承受拉伸載荷作用的部件。但在爆炸和衝擊等強動載作用時，爆炸和衝擊所產生的壓縮載荷以應力波的方式在混凝土內傳播，傳播到自由面時會反射成拉伸波，由於混凝土的抗拉強度低，其易於在反射拉伸波的作用下產生層裂破壞。層裂破壞不僅會對混凝土結構本身產生破壞，層裂破壞所形成的高速痂片也會對結構內人員和設備產生毀傷。
[0003]由於混凝土材料的極度非均勻性，利用氣炮發射飛片的平板撞擊實驗需要大口徑的氣炮，從而限制了該實驗技術的推廣應用。由於混凝土抗拉強度低，可以利用大直徑霍普金森杆對混凝土細長杆件進行軸向衝擊壓縮加載，壓縮波在試件自由面反射成拉伸波即可產生層裂破壞。但如何測量層裂強度卻一直是難以克服的難題。目前常用的方法有如下幾種:一種方法是測量對試件的壓縮加載波，根據線彈性假設，得到不同時刻試件內部拉伸應力分布，再根據最大拉應力強度準則的假定，認為層裂破壞位置對應的最大拉伸應力即為材料的層裂強度。該方法所採用的線彈性假定和最大拉應力強度準則假定與實際情況有較大出入，而且如果試件發生多次層裂，就需要利用高速攝影獲得第一次層裂的位置。另一種方法是利用雷射幹涉測速技術(VISAR)測量試件自由面速度波形，通過速度波形得到層裂強度。對於均勻性好的材料，這種技術比較可行。而對於極端非均勻的混凝土材料，鍍膜技術以及雷射幹涉測速技術的測量精度限制了該技術的推廣應用。
【發明內容】
[0004]本實用新型為了解決霍普金森杆混凝土層裂實驗中層裂強度測量的難題，設計了一種實驗裝置，用軟材料透射杆取代普通的分離式霍普金森壓杆中的透射杆，同時採用細長杆狀試件。撞擊杆撞擊霍普金森杆所產生的壓縮波對試件軸向衝擊壓縮加載，壓縮波傳播到透射杆和試件接觸面時，由於透射杆材料波阻抗小於試件，加載壓縮波反射為拉伸波使試件產生層裂破壞。層裂過程中所形成的壓縮波會傳播到透射杆，通過測量透射杆上應變波形可以得到材料層裂強度。
[0005]本實用新型為了實現上述目的，採用如下技術方案:一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置，是由:撞擊杆1、霍普金森杆2、霍普金森杆應變計3、細長混凝土試件應變計4、細長混凝土試件5、透射杆應變計6、透射杆7和緩衝裝置8構成。撞擊杆I同軸位於霍普金森杆2左側，細長混凝土試件5位於霍普金森杆2和透射杆7之間，透射杆7後面為緩衝裝置8。所述撞擊杆I為變截面撞擊杆，使其撞擊霍普金森杆2時能產生準三角波或者準正弦波。所述霍普金森杆2上設置有應變計，所述細長混凝土試件5上設置有應變計，細長混凝土試件5的長度和彈性縱波波速之比要大於撞擊杆1，即滿足:LS / CS>LP / Cp(其中Ls和Lp分別為試件和撞擊杆長度，Cs和Cp分別為試件材料和撞擊杆材料的彈性縱波波速)。所述透射杆7為尼龍材料，(也可為有機玻璃或其他波阻抗小於試件材料的粘彈性材料)上面設置有多個應變計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是本實用新型結構示意圖
[0007]圖2是本實用新型撞擊杆形狀圖
[0008]圖中:撞擊杆-1、霍普金森杆_2、霍普金森杆應變計-3、細長混凝土試件應變計_4、細長混凝土試件-5、透射杆應變計-6、透射杆-7、緩衝裝置-8
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步說明
[0010]圖1中:通過高壓氣炮或者其他氣動裝置發射撞擊杆以一定速度同軸撞擊霍普金森杆。撞擊所產生的壓縮波通過霍普金森杆傳遞到試件，再由試件傳遞到透射杆，欲使試件產生層裂破壞，就要求透射杆的波阻抗小於試件的波阻抗，從而應力波在試件和透射杆接觸面能反射成拉伸波，這樣才能產生層裂破壞，但一般線彈性的金屬材料的波阻抗都大於混凝土，所以選用尼龍材料為透射杆，以滿足波阻抗小於混凝土。但尼龍為粘彈性材料，應力波在其中傳播時會產生彌散和衰減，應變計測量位置的應力波形與試件和透射杆接觸面的壓力波形並不相同。通過多點應變測量可以獲取應力波的變化規律，反推到接觸面從而得到接觸面壓力的最大值和最小值，得到材料的層裂強度。通過實驗測定霍普金森杆上應變計、透射杆上應變計數據，可得出透射杆上的應力波的最大值σ_和最小值Omin，以確定
層裂強度 Of，即
【權利要求】
1.一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置，是由:撞擊杆(I)、霍普金森杆(2)、霍普金森杆應變計(3)、細長混凝土試件應變計(4)、細長混凝土試件(5)、透射杆應變計(6)、透射杆(7)和緩衝裝置⑶構成；其特徵在於:撞擊杆⑴同軸位於霍普金森杆(2)左側，細長混凝土試件(5)位於霍普金森杆(2)、透射杆(7)之間，後面為緩衝裝置(8)。
2.根據權利要求1中所述的一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置，其特徵在於:所述撞擊杆(I)為變截面撞擊杆，使其撞擊霍普金森杆(2)時能產生準正弦波；所述霍普金森杆(2)上設置有霍普金森杆應變計(3);所述細長混凝土試件(5)上設置有細長混凝土試件應變計(4)，細長混凝土試件(5)的長度和彈性縱波波速之比要大於撞擊杆(1)，即滿足:LS/Cs > Lp/Cp,其中Ls和Lp分別為試件和撞擊杆長度，Cs和Cp分別為試件材料和撞擊杆材料的彈性縱波波速；所述透射杆(7)為尼龍材料，上面設置有多個透射杆應變計(6)。
3.根據權利要求1中所述的一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置，其特徵在於:透射杆材料波阻抗小於試件材料，從而應力波在試件和透射杆接觸面能反射成拉伸波。
4.根據權利要求1中所述的一種測量混凝土層裂強度的實驗裝置，其特徵在於:透射杆(7)也可為波阻抗小於試件波阻抗的粘彈性材料。
【文檔編號】G01N3/303GK203616217SQ201320789505
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】張磊, 陳德興, 劉瑞朝, 吳飈, 周英, 王曉峰 申請人:張磊