[發明專利]爆炸加載反射式焦散線實驗方法

無效

• 申請號: 201110190915.X
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN102313674A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 楊仁樹;李清;楊立云;孫強;岳中文
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及動態斷裂力學領域的一種光測力學實驗方法，特別涉及一種爆炸加載反射式焦散線實驗方法。

背景技術

動態斷裂力學是在考慮受載物體各處慣性的基礎上，用連續介質力學的方法研究固體在高速加載或裂紋高速擴展條件下的裂紋擴展和斷裂規律的學科。固體材料在沖擊載荷下的斷裂和破壞，尤其是爆炸這種超動態載荷下固體材料中裂紋的擴展規律，屬于動態斷裂力學的研究范疇。

爆破技術是土木建設行業中重要的施工作業技術手段，在爆炸載荷的作用下，被爆破物體(巖石、混凝土、金屬等)的動態斷裂問題也是工程爆破施工過程中最重要的核心問題。

近年來，隨著科學技術的迅速發展，國內外針對斷裂問題的研究，從各方面開展了大量的實驗研究。光測斷裂力學是動態斷裂研究中首選的實驗方法，它主要包括動態光彈、動態焦散線、云紋及云紋干涉法、CGS(相干梯度傳感方法)等。對于以上實驗方法，除了焦散線實驗方法，在遇到裂紋尖端附近區域應力的急劇變化導致了裂紋尖端應力奇異性問題時，都遇到許多具體困難。而在焦散線實驗方法中，焦散斑的特征長度為裂紋尖端的應力強化程度提供了一種定量的度量，測試技術簡單、精度高，可以確定關于時間、裂紋長度、裂紋傳播速度和裂紋尖端的動態應力強度因子等參數，成為宏觀斷裂參數測量的有效手段，在動態斷裂力學研究中得到了廣泛應用，形成了獨特的光測斷裂力學測試技術。

對于爆炸載荷在透明試件中產生的裂紋擴展問題，如玻璃、有機玻璃、環氧樹脂等透明材料，可以采用透射式光路系統的焦散線實驗。但是，實際工程中更多是非透明材料，比如巖石等，對于爆生裂紋在非透明材料中的擴展問題的焦散線實驗方法的研究，至今尚未見相關文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于針對爆炸載荷下非透明固體材料中裂紋的擴展問題，提供一種實驗方法，直觀測量爆生裂紋的速度、加速度等行為參數和裂紋尖端的動態應力強度因子力學參數，為研究非透明固體介質的爆炸致裂機理和固體材料的動態斷裂力學參數提供科學實驗方法。

爆炸加載反射式焦散線實驗方法，具體步驟包括：

步驟一把非透明固體實驗模型材料加工成平板試件，在平板試件表面適當位置加工鏡面。

步驟二在平板試件中間位置布置切槽炮孔，炮孔切槽延長線需穿過平板試件的鏡面區。

步驟三在炮孔內裝填炸藥并布置起爆線和信號線，然后，將平板試件固定在反射式焦散線實驗爆炸加載架上，調節實驗光路及高速相機位置，確保鏡面反射區落在高速相機的鏡頭上。

步驟四設置相應控制參數，通過起爆器起爆炸藥，并利用實驗光路和高速相機進行高速拍照記錄，得到不同時刻爆生裂紋的尖端位置和裂紋尖端的焦散斑，完成膠片沖洗后分析實驗數據，計算得出裂紋的擴展速度、加速度和裂紋尖端的應力強度因子等參量。

所述加工鏡面包括：對于材質均勻、表面光滑無瑕疵的非透明固體平板試件直接進行真空蒸鍍，在試件表面鍍上一層鋁膜作為反射鏡面；或，對不符合上述要求的試件，通過在試件表面進行全息干板的鏡面移植，把鋁膜轉貼到試件表面形成反射鏡面。

所述鏡面移植方法包括：(a)對全息干板進行超聲波清洗，徹底清洗掉干板上的污物；待干板晾干后，進行脫膜處理，在一側表面上涂光刻膠，并用離心機甩平；最后，用真空鍍膜機將鋁蒸鍍到干板膠層表面上，在全息干板一側表面形成一層均勻的鋁膜作為反射鏡面；(b)用脫脂棉沾取有機溶劑徹底清洗平板試件表面，在清洗后試件表面涂一層均勻的環氧樹脂膠，將全息干板鍍膜的一面覆蓋并粘貼在試件涂膠處，在全息干板的另一面粘結分離用玻璃板條，使三者壓緊并充分接觸后，粘結在一起；(c)待環氧樹脂膠完全固化后，揭取玻璃板條，鋁膜從全息干板上被移植到試件表面形成反射鏡面，玻璃板條帶動全息干板與試件表面分離。

所述反射式焦散線實驗爆炸加載架包括支架、連接在支架上的可上、下旋轉的橫梁和一連接在橫梁上可左右旋轉的試件夾具，所述平板試件固定在試件夾具上。