[發明專利]利用同心圓柱型試樣測試脆性材料動態抗剪強度的方法

有效

• 申請號: 201010154546.4
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101806689A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 李夕兵;宮鳳強;劉希靈;尹土兵
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明屬于材料性能測試領域，涉及一種利用同心圓柱型試樣測試脆性材料 動態抗剪強度的方法。

技術背景

巖石等脆性材料的抗剪特性是一種很重要的特性。目前用于測定脆性材料 抗剪性能主要是采用變角板試驗和雙(單)面剪試驗。上述兩種實驗，均為靜態 或準靜態下(10^-1～10¹MPa/s)的抗剪試驗。對于中高加載率下(10⁵～10⁶MPa/s) 的動態抗剪強度，由于受目前的測試手段的限制，一直無法進行測試。

發明內容

本發明的所要解決的技術問題是，提出利用同心圓柱型試樣測試脆性材料動 態抗剪強度的方法。

本發明的技術解決方案如下：一種利用同心圓柱型試樣測試脆性材料動態抗 剪強度的方法，其特征在于，將同心圓柱型試樣安裝在霍布金森壓力測試裝置上， 對同心圓柱型試樣的軸向兩端施加加載力，利用加載力、霍布金森壓力桿的彈模 E、霍布金森壓力桿的圓形橫截面積A、同心圓柱型試樣的內部圓柱的半徑R、 同心圓柱型試樣的內外部圓柱重疊高度H，按下式計算得到材料的動態抗剪強度 τ_d：

τd=EA4πRH[ϵI(t)+ϵR(t)+ϵT(t)];]]>

式中：ε_I(t)為入射應變脈沖，ε_R(t)為反射應變脈沖，ε_T(t)為透射應變脈 沖。

所述的同心圓柱型試樣由兩個同心且高度相等的內部圓柱與外部圓柱組成， 且內部圓柱的一端從外部圓柱的一端伸出。

有益效果：

利用上述方法，可以獲得加載率段(10⁵～10⁶MPa/s)的動態抗剪強度，填 補了該研究領域內的空白。

目前在測試材料的靜態或準靜態下抗剪強度實驗中，材料試樣主要做成立方 體或方體形式，然后利用變角板試驗或雙(單)面剪試驗方法進行測試。利用上 述兩種方法，通過調節實驗系統加載速率范圍，只能獲得加載率段10^-1～10¹MPa/s 材料的抗剪強度，更高加載率下的實驗無法通過靜載實驗機完成。對于加載率段 為10⁵～10⁶MPa/s材料的動態性能測試實驗，目前主要采用霍布金森裝置。由于 霍布金森實驗系統中入射桿和透射桿的截面為圓形，因此可以進行沖擊壓縮或沖 擊劈裂實驗(沖擊壓縮和沖擊劈裂中材料試樣形狀為圓柱形，跟靜載實驗中材料 試樣形狀一致)。受霍布金森桿截面形狀的限制，無法把靜載抗剪實驗中方體形 狀的試樣直接應用于霍布金森裝置上進行沖擊抗剪實驗，加載率段為 10⁵～10⁶MPa/s材料的抗剪性能測試一直無法實現。因此，結合霍布金森實驗裝置 的特點(即要求試樣的橫截面與霍布金森實驗裝置中入射桿和透射桿的圓形截面 相匹配)和材料抗剪性能測試的要求(即要求在試樣中有一個剪切面，本試樣中 的剪切面為2個圓柱相錯開的那一個環形面)，本發明提出了利用同心圓柱型試 樣測試脆性材料動態抗剪強度的方法。目前霍布金森實驗裝置及其實驗原理已經 非常成熟并得到廣泛應用，本發明通過設計試樣的形狀，并基于霍布金森的實驗 原理進行沖擊抗剪實驗，實驗結果的精度和準確度可以得到保證。

附圖說明