[發明專利]一種用于測試完整試樣和結構面動態剪切強度的方法

有效

• 申請號: 201710850983.1
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107796711B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 朱建波;周韜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/30
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 王麗<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種用于測試完整試樣和結構面動態剪切強度的方法，制作圓筒形凹凸剪切夾具一副，圓筒形凹凸剪切夾具內徑及其制作材料均與霍普金森壓桿的直徑和材料相同，圓筒形凹凸剪切夾具外徑略大于霍普金森壓桿直徑，圓筒形凹凸剪切夾具的長度分別為霍普金森壓桿直徑的1～2倍，圓筒形凹面剪切夾具凹槽深度以及圓筒形凸面剪切夾具凸出長度分別為測試試樣長度的1/3～1/10；先將剪切夾具置于壓桿上，然后將剪切試樣或結構面試樣置于夾具上，利用螺栓加載裝置對剪切試樣施加法向壓力，最后對剪切試樣施加動態荷載；利用本發明方法，可獲取應變率為10¹～10⁴s^?1的完整試樣和結構面試樣在不同法向壓力作用下的動態剪切強度。

技術領域

本發明屬于材料力學特性測試領域，涉及一種用于測試完整試樣和結構面動態剪切強度的方法，適用于應變率介于10¹～10⁴s^-1之間，固體材料試樣在不同法向壓力作用下的動態剪切強度的測試。

背景技術

材料的剪切強度是一個非常重要的力學參數，對于工程結構經濟和安全地設計以及穩定性評估具有不可替代的作用。目前常用測量固體材料剪切強度的方法主要是單面直接剪切試驗和單(雙)面壓剪試驗。上述兩種測試方法，均為靜態或準靜態(加載應變率介于10^-5～10⁰s^-1之間)加載條件下的材料剪切強度測試方法。在工程領域，除常規靜態荷載的作用外，動荷載的作用亦非常普遍，例如沖擊荷載，爆破荷載，地震波作用。因此，測量動態荷載(應變率介于10¹～10⁴s^-1之間)作用下材料動態剪切強度則顯得十分必要。目前，由于受測試方法和技術的限制，材料動態剪切強度測試方法非常有限。近來報道的利用同心圓柱型試樣測試脆性材料動態剪切強度的方法，雖然彌補了過往材料動態剪切強度測試的空白，但是利用該方法測試時，其缺點亦非常明顯：一方面同心圓柱型試樣的加工非常復雜和困難，試樣精度往往不容易達到動態測試標準；另一方面同心圓柱型試樣剪切破壞時，其剪切面內的剪切裂紋擴展以及剪切應變場均無法直接觀測和測量；其次，該方法只能用于測試完整材料的動態剪切強度，無法用于測試結構面的動態剪切強度；另外，該方法無法給完整試樣或者結構面施加法向荷載。

發明內容

為解決動態荷載(應變率介于10¹～10⁴s^-1之間)作用下，固體材料動態剪切強度測試困難問題，本發明提供具有測試試樣加工簡單，測試簡便，測試結果精度高，可直接觀測試樣剪切變形和裂紋擴展，以及可施加不同法向作用力的一種用于測試完整試樣和結構面動態剪切強度的方法。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于測試完整試樣和結構面動態剪切強度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)、制作圓筒形凹凸剪切夾具一副，所述圓筒形凹凸剪切夾具內徑及其制作材料均與霍普金森壓桿的直徑和材料相同，所述圓筒形凹凸剪切夾具外徑略大于霍普金森壓桿直徑，所述圓筒形凹凸剪切夾具的長度分別為霍普金森壓桿直徑的1～2倍，所述圓筒形凹面剪切夾具凹槽深度以及所述圓筒形凸面剪切夾具凸出長度分別為測試試樣長度的1/3～1/10；

2)、將步驟1所述圓筒形凹面和凸面剪切夾具分別安裝在安放測試試樣的霍普金森壓桿系統的透射桿和入射桿兩端；

3)、制作方形帶凹槽雙面剪切試樣，所述試樣長度宜與霍普金森壓桿直徑相當，所述試樣凹槽深度與步驟1所述圓筒形凹面剪切夾具凹槽深度一致，將試樣凹槽兩側的透射桿側承載端嵌入步驟2所述圓筒形凹面剪切夾具的凹槽加載端中；

4)、根據測試試樣的長度和加載力的大小制作螺栓加載裝置一副，并利用固定肋條將其與步驟2所述圓筒形凹面剪切夾具連接形成一體結構；