一種測試脆性材料拉伸模量的方法

2023-07-12 17:54:36 6

專利名稱：一種測試脆性材料拉伸模量的方法
技術領域：
本發明涉及一種測試脆性材料拉伸模量的方法。
背景技術：
巖石、混凝土等脆性材料的抗拉特性(包括抗拉強度、拉伸模量等等)是一種很重
要的特性。目前用於測定脆性材料抗拉參數的方法主要有直接拉伸試驗和間接拉伸試驗。
由於直接拉伸試驗的試樣在加工過程中比較困難，通常情況下會採用間接拉伸試驗方法進
行抗拉試驗。巴西劈裂試驗是目前最經常被採用的一種間接拉伸試驗方法。該方法在1978
年被國際巖石力學學會(InternationalSociety for Rock Mechanics, ISRM)推薦為測定
巖石抗拉強度的方法。該方法也是美國材料和試驗協會(American Society for Testing
and Materials)制定的標準方法之一。在國內，國家標準「工程巖體試驗方法標準(GB/
T50266-99) 」、地質礦產部行業標準「巖石物理力學性質試驗規程(DY-94) 」和水利部行業標
準「水利水電工程巖石試驗規程(SL264-2001)」中也推薦使用該方法。採用巴西圓盤劈裂
試驗方法，材料的劈裂抗拉強度可以採用下式進行計算 2Pσ =(1)
ttDL式中ο t為巖石抗拉強度；L為試件長度(厚度)；D為直徑；Pt為破壞載荷；負號 表示拉應力。由於試樣在圓盤平面範圍內各點所受的拉應力不完全一致，導致各點的應變值也 不完全相同，因此在抗拉強度能夠求解的情況下，作為材料在拉伸時的彈性表徵參量的拉 伸模量卻不容易確定。為了確定拉伸模量，很多研究者採用在圓盤中心垂直於加載方向的 中心處貼應變片的方法，利用該應變片的測量值代替試樣中心受拉區域的應變值，進而求 解巖石的拉伸模量。利用該方法有試驗原理上的假設和操作上的簡化和便利。但是在應變 片粘貼過程中如何保證應變片正好貼在試樣受拉區域的中心並且和受拉方向完全垂直，不 容易做到，因此所得結果的精確性有時難以得到保證。為了克服上述不足，特提出一種測試 脆性材料拉伸模量的新方法。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種測試脆性材料拉伸模量的新方法。本發明的 測試脆性材料拉伸模量的方法能保障測試結果更為精確。本發明的技術解決方案如下一種測試脆性材料拉伸模量的方法，其特徵在於，將試樣安放於巴西劈裂試驗機 上，在試樣的徑向方向對稱地向試樣施加線載荷，測量試樣中心直徑方向的總位移，所述的 總位移的方向與試樣的載荷加載方向垂直，按下式計算得到材料的拉伸模量Et:
^ 2Z)[1-0.7854(1-//)]Et=Gt·~^~.，其中Et為拉伸模量，%為巴西劈裂抗拉強度，formula see original document page 4其中，pt 為所述的線載荷(單位為KN/s，從實驗系統中可以讀取),L為試樣長度，
D為試樣直徑，μ為泊松比，Aut為試樣中心直徑方向的總位移。所述的總位移採用位移傳感器測量；所述的泊松比μ通過常規的單軸靜壓試驗獲得。有益效果本發明基於圓盤對心受力的理論彈性解進行推導得到。通過經典的圓盤對心受力的理論分析，可以得到試樣中心垂直加載方向上各點的應變值。進而基於微積分的思想，通 過對試樣中心垂直加載方向上每一點拉應變的積分，可以得到該方向上總的變形量。該總 變形量可以通過實際試驗過程中安置在試樣中心直徑兩端的位移傳感器測量得到(見附 圖1)。因此，建立起試樣中心垂直加載方向上各點的應變值和總位移變形量之間的關係式， 即可以得到試樣劈裂受拉破壞的拉伸模量。本發明突破了過去傳統的利用在試樣中心粘貼應變片測量材料拉伸模量的方法。 試樣中心貼應變片的方法在操作上不易控制，而且所得結果不夠精確。本發明提出的方法 基於經典的彈性解析解得出，而且在操作上比較簡便宜行，所得結果克服了傳統方法所帶 來的誤差。本發明為脆性材料拉伸模量的確定提供了一種簡便宜行、精確可靠的新方法。


圖1為試樣加載示意圖；圖2為試樣受力示意圖。圖中標號說明1-ν型凹槽；2-墊板；3-試樣；4-鋼質壓條。5-加載端，6-鋼製墊板，7-位移傳感 器，8-鋼製框架
具體實施例方式以下將結合圖和具體實施過程對本發明做進一步詳細說明實施例1 測試材料的拉伸模量前，需要測出材料的泊松比，這可以通過常規的單軸靜壓試 驗得到。然後可選取圓柱型試樣(如直徑為50mm)，試樣高徑(直徑)比可為1 1。將試 樣安放於巴西劈裂試驗機上(可參考中國科學院武漢巖土所研製的RMT150系列劈裂加載 系統)，並在試樣垂直加載方向中心直徑的兩端安放位移傳感器測量位移量，加載使試樣劈 裂破壞。並記錄下破壞載荷、試樣破壞時的橫向總位移，最後計算拉伸模量。具體過程如下(巴西劈裂試驗過程參考國家標準「工程巖體試驗方法標準(GB/ T50266-99))採用圓柱體試樣的直徑D取為48 54mm，試樣的長度(厚度)L可取為直徑的1. 0 倍，並大於巖石最大顆粒的10倍。試驗應按下列步驟進行(1)通過試樣直徑的兩端沿軸線方向劃兩條相互平行的加載基線，將2根鋼質墊 條沿加載基線固定在試樣兩端；(2)將試件置於試驗機承壓板中心調整球形座使試樣均勻受荷並使墊條與試件在同一加荷軸線上，可按照圖1-2所示，在垂直方向上施加載載P;(3)以0. 3 0. 5MPa/s的加載速度加荷直至破壞。加載過程中在試樣中心垂直加 載方向直徑的兩端安置位移傳感器(如圖1所示)，測量該水平方向上加載破壞時的總位移 量Δ Ut，並記錄破壞荷載Pt。(4)按下式計算即可得到材料的拉伸強度σ t和拉伸模量Et formula see original document page 5
式中Et為拉伸模量(材料在拉伸時的彈性表徵參量，單位GPa)，σ t為巴西劈裂 抗拉強度，ot = 2Pt/π DL，其中，Pt為所述的線載荷，L為試樣長度，D為試樣直徑，μ為泊 松比，Aut為試樣中心直徑方向的總位移。「材料的泊松比」的測量，在巖石材料的國家現 有規程中有明確說明(如《工程巖體試驗方法標準》GB/T50266-99)。拉伸強度的測試在《工程巖體試驗方法標準》GB/T50266-99中也有具體的方法。 本專利主要是在垂直試樣加載端直徑上加位移傳感器測量其總變形△+，並結合理論解析 解得到最後拉伸模量Et的數值。
權利要求
一種測試脆性材料拉伸模量的方法，其特徵在於，將試樣安放於巴西劈裂試驗機上，在試樣的徑向方向對稱地向試樣施加線載荷，測量試樣中心直徑方向的總位移，所述的總位移的方向與試樣的載荷加載方向垂直，按下式計算得到材料的拉伸模量Et其中Et為拉伸模量，σt為巴西劈裂抗拉強度， 其中，Pt為所述的線載荷，L為試樣長度，D為試樣直徑，μ為泊松比，Δut為試樣中心直徑方向的總位移。dest_path_FDA0000021926050000011.tif,dest_path_FDA0000021926050000012.tif
2.根據權利要求1所述的測試脆性材料拉伸模量的方法，其特徵在於，所述的總位移 採用位移傳感器測量；所述的泊松比μ通過常規的單軸靜壓試驗獲得。
全文摘要
本發明公開了一種測試脆性材料拉伸模量的方法，其特徵在於，將試樣安放於巴西劈裂試驗機上，在試樣的徑向方向對稱地向試樣施加線載荷，測量試樣中心直徑方向的總位移，所述的總位移的方向與試樣的載荷加載方向垂直，按下式計算得到材料的拉伸模量Et其中Et為拉伸模量，σt為巴西劈裂抗拉強度，其中，Pt為所述的線載荷，L為試樣長度，D為試樣直徑，μ為泊松比，Δut為試樣中心直徑方向的總位移。本發明的測試脆性材料拉伸模量的方法能保障測試結果更為精確。
文檔編號G01N3/08GK101819111SQ201010134728
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者宮鳳強, 李夕兵 申請人:中南大學