[發明專利]利用同心圓柱型試樣測試脆性材料抗剪強度的方法

有效

• 申請號: 201010155809.3
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101819115A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 李夕兵;宮鳳強;尹土兵;杜晶
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 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 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。

變角板試驗要求材料試樣加工成立方體形式，利用變角板剪力儀進行抗剪 測試。利用該方法可以得到不同法向應力作用下的剪應力值，進而得到抗剪參數 內摩擦角(°)和剪切面上的粘聚力(C)。需要注意的是，利用變角板法進行試 驗的關鍵，在于試驗過程中必須保證試樣整體受力均勻，并且能夠按照事先預定 的剪切面破壞。如果試樣在加工過程中，加工精度不夠精密，則立方體的各個平 面不能完全平行，會引起剪切面上的應力分布不均勻，發生應力集中，導致試樣 局部先破壞或整體過早破壞，達不到抗剪試驗的要求。而且利用變角板法測試對 試驗儀器要求比較嚴格，必須利用專用的變角板剪力儀。在放置試樣過程中，試 樣放置角度以30°-70°為宜。放置角度過大，試樣會容易傾倒，達不到剪切目 的；放置角度過小，試樣會受很大的壓應力作用，試樣不按預定剪切面破壞。

雙(單)面剪試驗的試樣為方柱型，試驗過程中沒有法向力作用，試驗目的 是用來測定材料的抗剪切強度。雙面剪試驗可以減小因彎曲而產生的拉應力，但 是切削刃處的應力集中和拉應力不能完全消除，預定剪切面兩端會發生應力集中 現象，試樣不按預定剪切面破壞。單面剪試驗，可以用同一試樣進行多次重復試 驗，提高材料的利用率。但是缺點也很明顯，即無法測量彎曲應力，而且切削刃 容易產生應力集中。由于上述原因，所得結果往往偏低。

發明內容

本發明的所要解決的技術問題是，提出一種利用同心圓柱型試樣測試脆性材 料抗剪強度的方法。

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抗剪強度的方法，其特征在于，對同 心圓柱型試樣的端面均勻施加壓力，記錄破壞載荷P_τ(N)，按下式計算得到脆性 材料的抗剪強度τ(MPa)：

τ=Pτ2πRH,]]>

式中：R為試樣內部圓柱的半徑(mm)，H為內部圓柱與外部圓柱共同銜 接高度(mm)。

破壞載荷P_τ即為試樣被剪斷前達到的最大剪力。對同心圓柱型試樣的端面 施加壓力，即將試樣按圖1的方向放置在承壓板上，在試樣的上端施加壓力。

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。

所述外部圓柱的外徑為50mm、高度為30mm，內部圓柱直徑為25～30mm， 高度為30mm，內部圓柱伸出外部圓柱10mm。

為了消除方體試樣在受剪過程中容易出現應力集中的不足，因此采用圓柱型 試樣進行抗剪試驗。由于試樣為同心圓柱，因此試驗過程中只要加載合理，預定 的剪切面很自然的在試樣內部形成。利用同心圓柱型試樣進行抗剪試驗，要求試 樣加工過程中必須做到兩個圓柱同心，即試樣上下兩個受力面必須平行，并且垂 直于試樣橫斷面。

有益效果：

利用本發明的技術方案，由于試樣是同心圓形狀，因此在對試樣施加剪力 的過程中，預定的受剪面很容易形成，同時可以消除試樣受剪過程中出現應力集 中的不足。另外，利用本發明設計的同心圓試樣，可以直接應用于高加載率下的 SHPB(霍布金森)沖擊剪切實驗，在不同的加載率條件下，所得的實驗結果可 以直接對比，而方形試樣不能直接用于SHPB實驗系統。

附圖說明

圖1試樣形狀立體示意圖。

具體實施方式

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：