一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，是由：撞擊桿1、霍普金森桿2、霍普金森桿應(yīng)變計(jì)3、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件應(yīng)變計(jì)4、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件5、透射桿應(yīng)變計(jì)6、透射桿7和緩沖裝置8構(gòu)成。用軟材料透射桿取代普通的分離式霍普金森壓桿中的透射桿，同時(shí)采用細(xì)長(zhǎng)桿狀試件。撞擊桿撞擊霍普金森桿所產(chǎn)生的壓縮波對(duì)試件軸向沖擊壓縮加載，壓縮波傳播到透射桿和試件接觸面時(shí)，由于透射桿材料波阻抗小于試件，加載壓縮波反射為拉伸波使試件產(chǎn)生層裂破壞，層裂過(guò)程中所形成的壓縮波會(huì)傳播到透射桿，通過(guò)測(cè)量透射桿上應(yīng)變波形可以得到材料層裂強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】 —種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及脆性材料層裂強(qiáng)度測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土材料是最常用的建筑材料，在軍用和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于其抗拉強(qiáng)度低，一般不能用于承受拉伸載荷作用的部件。但在爆炸和沖擊等強(qiáng)動(dòng)載作用時(shí)，爆炸和沖擊所產(chǎn)生的壓縮載荷以應(yīng)力波的方式在混凝土內(nèi)傳播，傳播到自由面時(shí)會(huì)反射成拉伸波，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低，其易于在反射拉伸波的作用下產(chǎn)生層裂破壞。層裂破壞不僅會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生破壞，層裂破壞所形成的高速痂片也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)人員和設(shè)備產(chǎn)生毀傷。
[0003]由于混凝土材料的極度非均勻性，利用氣炮發(fā)射飛片的平板撞擊實(shí)驗(yàn)需要大口徑的氣炮，從而限制了該實(shí)驗(yàn)技術(shù)的推廣應(yīng)用。由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，可以利用大直徑霍普金森桿對(duì)混凝土細(xì)長(zhǎng)桿件進(jìn)行軸向沖擊壓縮加載，壓縮波在試件自由面反射成拉伸波即可產(chǎn)生層裂破壞。但如何測(cè)量層裂強(qiáng)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(cè)量對(duì)試件的壓縮加載波，根據(jù)線彈性假設(shè)，得到不同時(shí)刻試件內(nèi)部拉伸應(yīng)力分布，再根據(jù)最大拉應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則的假定，認(rèn)為層裂破壞位置對(duì)應(yīng)的最大拉伸應(yīng)力即為材料的層裂強(qiáng)度。該方法所采用的線彈性假定和最大拉應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則假定與實(shí)際情況有較大出入，而且如果試件發(fā)生多次層裂，就需要利用高速攝影獲得第一次層裂的位置。另一種方法是利用激光干涉測(cè)速技術(shù)(VISAR)測(cè)量試件自由面速度波形，通過(guò)速度波形得到層裂強(qiáng)度。對(duì)于均勻性好的材料，這種技術(shù)比較可行。而對(duì)于極端非均勻的混凝土材料，鍍膜技術(shù)以及激光干涉測(cè)速技術(shù)的測(cè)量精度限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為了解決霍普金森桿混凝土層裂實(shí)驗(yàn)中層裂強(qiáng)度測(cè)量的難題，設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)裝置，用軟材料透射桿取代普通的分離式霍普金森壓桿中的透射桿，同時(shí)采用細(xì)長(zhǎng)桿狀試件。撞擊桿撞擊霍普金森桿所產(chǎn)生的壓縮波對(duì)試件軸向沖擊壓縮加載，壓縮波傳播到透射桿和試件接觸面時(shí)，由于透射桿材料波阻抗小于試件，加載壓縮波反射為拉伸波使試件產(chǎn)生層裂破壞。層裂過(guò)程中所形成的壓縮波會(huì)傳播到透射桿，通過(guò)測(cè)量透射桿上應(yīng)變波形可以得到材料層裂強(qiáng)度。
[0005]本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，是由:撞擊桿1、霍普金森桿2、霍普金森桿應(yīng)變計(jì)3、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件應(yīng)變計(jì)4、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件5、透射桿應(yīng)變計(jì)6、透射桿7和緩沖裝置8構(gòu)成。撞擊桿I同軸位于霍普金森桿2左側(cè)，細(xì)長(zhǎng)混凝土試件5位于霍普金森桿2和透射桿7之間，透射桿7后面為緩沖裝置8。所述撞擊桿I為變截面撞擊桿，使其撞擊霍普金森桿2時(shí)能產(chǎn)生準(zhǔn)三角波或者準(zhǔn)正弦波。所述霍普金森桿2上設(shè)置有應(yīng)變計(jì)，所述細(xì)長(zhǎng)混凝土試件5上設(shè)置有應(yīng)變計(jì)，細(xì)長(zhǎng)混凝土試件5的長(zhǎng)度和彈性縱波波速之比要大于撞擊桿1，即滿足:LS / CS>LP / Cp(其中Ls和Lp分別為試件和撞擊桿長(zhǎng)度，Cs和Cp分別為試件材料和撞擊桿材料的彈性縱波波速)。所述透射桿7為尼龍材料，(也可為有機(jī)玻璃或其他波阻抗小于試件材料的粘彈性材料)上面設(shè)置有多個(gè)應(yīng)變計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖
[0007]圖2是本實(shí)用新型撞擊桿形狀圖
[0008]圖中:撞擊桿-1、霍普金森桿_2、霍普金森桿應(yīng)變計(jì)-3、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件應(yīng)變計(jì)_4、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件-5、透射桿應(yīng)變計(jì)-6、透射桿-7、緩沖裝置-8
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明
[0010]圖1中:通過(guò)高壓氣炮或者其他氣動(dòng)裝置發(fā)射撞擊桿以一定速度同軸撞擊霍普金森桿。撞擊所產(chǎn)生的壓縮波通過(guò)霍普金森桿傳遞到試件，再由試件傳遞到透射桿，欲使試件產(chǎn)生層裂破壞，就要求透射桿的波阻抗小于試件的波阻抗，從而應(yīng)力波在試件和透射桿接觸面能反射成拉伸波，這樣才能產(chǎn)生層裂破壞，但一般線彈性的金屬材料的波阻抗都大于混凝土，所以選用尼龍材料為透射桿，以滿足波阻抗小于混凝土。但尼龍為粘彈性材料，應(yīng)力波在其中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生彌散和衰減，應(yīng)變計(jì)測(cè)量位置的應(yīng)力波形與試件和透射桿接觸面的壓力波形并不相同。通過(guò)多點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量可以獲取應(yīng)力波的變化規(guī)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(qiáng)度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定霍普金森桿上應(yīng)變計(jì)、透射桿上應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)，可得出透射桿上的應(yīng)力波的最大值σ_和最小值Omin，以確定
層裂強(qiáng)度 Of，即
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，是由:撞擊桿(I)、霍普金森桿(2)、霍普金森桿應(yīng)變計(jì)(3)、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件應(yīng)變計(jì)(4)、細(xì)長(zhǎng)混凝土試件(5)、透射桿應(yīng)變計(jì)(6)、透射桿(7)和緩沖裝置⑶構(gòu)成；其特征在于:撞擊桿⑴同軸位于霍普金森桿(2)左側(cè)，細(xì)長(zhǎng)混凝土試件(5)位于霍普金森桿(2)、透射桿(7)之間，后面為緩沖裝置(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述撞擊桿(I)為變截面撞擊桿，使其撞擊霍普金森桿(2)時(shí)能產(chǎn)生準(zhǔn)正弦波；所述霍普金森桿(2)上設(shè)置有霍普金森桿應(yīng)變計(jì)(3);所述細(xì)長(zhǎng)混凝土試件(5)上設(shè)置有細(xì)長(zhǎng)混凝土試件應(yīng)變計(jì)(4)，細(xì)長(zhǎng)混凝土試件(5)的長(zhǎng)度和彈性縱波波速之比要大于撞擊桿(1)，即滿足:LS/Cs > Lp/Cp,其中Ls和Lp分別為試件和撞擊桿長(zhǎng)度，Cs和Cp分別為試件材料和撞擊桿材料的彈性縱波波速；所述透射桿(7)為尼龍材料，上面設(shè)置有多個(gè)透射桿應(yīng)變計(jì)(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:透射桿材料波阻抗小于試件材料，從而應(yīng)力波在試件和透射桿接觸面能反射成拉伸波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種測(cè)量混凝土層裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:透射桿(7)也可為波阻抗小于試件波阻抗的粘彈性材料。
【文檔編號(hào)】G01N3/303GK203616217SQ201320789505
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】張磊, 陳德興, 劉瑞朝, 吳飚, 周英, 王曉峰 申請(qǐng)人:張磊