[發(fā)明專利]脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410038632.7
• 申請(qǐng)日: 2014-01-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103792151A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李地元;成騰蛟;周韜;李夕兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/30
• 分類號(hào): G01N3/30
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

1.脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，所述裝置包括SHPB裝置，試樣，高速攝像儀；其特征在于：所述試樣中心預(yù)制一個(gè)圓形通孔，所述試樣按SHPB裝置的操作要求夾持在SHPB裝置的入射桿和透射桿之間；所述高速攝像儀安裝在試樣圓形通孔的軸線上，且高速攝像儀鏡頭端面平行于試樣設(shè)有圓形通孔的表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：所述試樣的形狀為長(zhǎng)方體、圓柱體中的一種；試樣的材質(zhì)為待測(cè)試材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：

所述試樣為長(zhǎng)方體時(shí)，試樣的高寬比h/l=1-1.5:1，其中h為試樣平行于加載方向的長(zhǎng)度，l為試樣寬度，l≤h；試樣厚度為w，w≤l≤h；試樣的兩個(gè)加載端面的平整度小于等于2‰。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：

所述試樣為圓柱體時(shí)，試樣的厚徑比t/D=0.5-1:1，t為試樣厚度，D為試樣外徑；圓盤(pán)試樣，采用對(duì)徑加載的方式夾持在SHPB裝置的入射桿和透射桿之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：所述試樣中心預(yù)制的圓形通孔，其軸線方向垂直于加載方向，通孔表面光滑，無(wú)肉眼可見(jiàn)人工缺陷。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：所述圓形通孔半徑為r，長(zhǎng)方體試樣，r取值范圍為：h/10≤r≤h/6；圓柱體試樣，r其取值范圍為：D/10≤r≤D/6。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：所述圓形通孔的半徑為：5≤r≤10mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量裝置，其特征在于：高速攝像儀的攝像鏡頭端面距試樣表面的距離S為200-1500mm；高速攝像儀的拍攝速度為80000-800000幀/秒。

9.脆性材料動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度的測(cè)量方法，包括下述步驟：

首先將待測(cè)材料制作成中心預(yù)制圓形通孔的試樣，圓形通孔半徑為r，長(zhǎng)方體試樣，r取值范圍為：h/10≤r≤h/6，圓柱體試樣，r其取值范圍為：D/10≤r≤D/6；然后，按SHPB裝置的操作要求將試樣安裝在SHPB裝置的入射桿和透射桿之間；調(diào)整好高速攝像儀的攝像鏡頭端面距試樣表面的距離并設(shè)置好高速攝像儀的拍攝速度，啟動(dòng)SHPB裝置對(duì)試樣施加沖擊載荷，施加的沖擊載荷要求由小到大逐步遞增，直至大于等于待測(cè)材料的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，并致使材料開(kāi)裂；施加沖擊載荷的同時(shí)，高速攝像儀實(shí)時(shí)拍攝試樣表面圖像，自試樣表面裂紋開(kāi)始萌生至二次裂紋形成或裂紋擴(kuò)展到試樣邊緣，終止試驗(yàn)，利用高速攝像儀標(biāo)配軟件PFV截取裂紋開(kāi)始萌生到二次裂紋形成或裂紋擴(kuò)展到試樣邊緣整個(gè)過(guò)程圖片和視頻；觀察高速攝像儀拍攝的圖片，圖片中出現(xiàn)微小碎屑時(shí)的圖片確定為裂紋擴(kuò)展開(kāi)始時(shí)間，動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展到二次裂紋形成或裂紋擴(kuò)展到試樣邊緣的圖片確定為裂紋擴(kuò)展終止時(shí)間；根據(jù)裂紋開(kāi)始萌生的圖片至動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展到二次裂紋形成或裂紋擴(kuò)展到試樣邊緣的圖片之間的圖片總數(shù)N及設(shè)定的高速攝像儀的拍攝間隔時(shí)間Δt，計(jì)算裂紋擴(kuò)展時(shí)間T=NΔt；實(shí)際測(cè)量試樣上按預(yù)先控制路徑產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)拉伸裂紋長(zhǎng)度L；按式：V_C=L/T計(jì)算動(dòng)態(tài)拉伸裂紋擴(kuò)展速度。