[發(fā)明專利]一種中低速沖擊載荷下I型裂紋動態(tài)止裂韌度測試方法

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• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108507887A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 朱哲明;汪小夢;王蒙;周磊;應鵬
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/06;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種在中低速沖擊載荷下I型裂紋動態(tài)止裂韌度測試方法，該發(fā)明屬于巖石和混凝土工程技術領域，試件構型為發(fā)明者自行設計的V形側開單裂紋半孔板試樣，該試樣具有V形底部邊界，在沖擊荷載下產生傾斜向上的壓縮波，該壓縮波的水平分量對擴展裂紋具有壓縮作用，進而可實現(xiàn)對擴展裂紋進行止裂。試驗采用中低速落錘沖擊試驗裝置，并用有限元差分軟件AUTODYN進行了模擬計算，其結果與試驗結果基本一致。將得到的荷載應力時程曲線輸入到有限元程序ABAQUS，求出試樣I型裂紋動態(tài)應力強度因子的時程曲線，最后通過裂紋的止裂時刻確定材料的動態(tài)止裂韌度。上述即為中低速沖擊荷載作用下純I型裂紋動態(tài)止裂韌度測試方法；本發(fā)明的試件構型簡單，易于加工，且試驗過程簡潔明了，操作方便，適于裂紋動態(tài)擴展行為研究及動態(tài)斷裂韌度的測試。

技術領域

本發(fā)明屬于巖石及混凝土工程技術領域，尤其涉及在中低速沖擊載荷下I型裂紋動態(tài)止裂韌度的測試方法研究。

背景技術

在巖石及混凝土等脆性材料中存在大量的節(jié)理、裂紋等缺陷，其中裂紋也是大部分學者所關注的主要缺陷之一。在沖擊荷載作用下，裂紋會擴展破壞，進而引起整個結構的失穩(wěn)破壞。因此在動載荷下裂紋擴展速度、擴展距離及擴展方向等擴展行為，是當前巖石動力學研究中亟需解決的重要課題之一，同時也是非常重要的基礎性研究。

而在實驗方面，關于動態(tài)斷裂實驗，學者們也采用了各種各樣的加載方式。當前應用比較廣泛的是Hopkinson壓桿加載技術，該實驗技術廣泛用于研究高加載率下工程材料的力學響應和動態(tài)斷裂行為。同時另一種使用較為廣泛的技術為落錘式沖擊加載技術，它廣泛用于研究中低速載荷下的力學響應。在沖擊試驗中，夏比(Charpy)沖擊試驗方法是應用較為廣泛的試驗方法。歐洲結構完整性協(xié)會(ESIS)和美國的材料與試驗學會(ASTM)先后提出了夏比(Charpy)沖擊試驗推薦標準。現(xiàn)今沖擊載荷下巖石動態(tài)斷裂韌度測試技術主要有光測技術、電測技術以及試驗-數(shù)值法等。其中光測技術主要包括：高速攝影技術、動態(tài)光彈性試驗方法、動態(tài)焦散線試驗方法、動云紋試驗方法、CGS試驗方法(相干梯度傳感方法)和DIC方法(Digital Image Correlation，簡稱DIC)等；電測技術包括：電阻、電容、電感等方法，其中運用最普遍的是電阻應變片測試法；試驗-數(shù)值法是指將以試驗得到的試件承受的載荷時程曲線為數(shù)值模型的荷載邊界條件，對試件進行數(shù)值計算，進而算出其動態(tài)斷裂韌度。本發(fā)明試驗即是采用中低速落錘沖擊裝置，并結合試驗-數(shù)值法得以實現(xiàn)的。

目前國內外關于沖擊荷載作用下巖石的動態(tài)斷裂行為研究主要集中于起裂和擴展階段，對于止裂階段的研究雖取得一些進展，但尚未成熟，尤其是關于中低速加載下巖石的動態(tài)斷裂行為的研究。裂紋的止裂現(xiàn)象有時會發(fā)生在裂紋擴展過程中，動態(tài)裂紋擴展速度并不是一個恒定常數(shù)，在裂紋擴展的整個過程中，會出現(xiàn)停滯的現(xiàn)象。對于止裂的研究，不論是在理論上還是在工程實際中，都具有非常重要的工程實際意義，而目前關于止裂的研究，大都集中于金屬材料上。巖石作為一種天然的材料，由于其材質的特殊性，關于其止裂的研究有一定的難度，但是如果能很好地解決關于巖石動態(tài)斷裂的問題，對指導工程實際中出現(xiàn)的系列狀況，如深部采礦、頁巖氣開采、地震導致的地殼板塊的斷裂與錯動等，都有重要意義。

巖石動態(tài)斷裂韌度作為判別裂紋動態(tài)擴展行為的重要參數(shù)，也是地下巖土工程結構設計者需要掌握的最主要參數(shù)之一，因此有眾多學者采用不同構型試件進行了大量理論、試驗及數(shù)值模擬研究。其中，中心直裂紋巴西圓盤(CSTFBD)，巴西半圓盤(SCB)，單裂紋圓孔板(SCDC)，側開單裂紋半孔板(SCSC)等是當前巖石動態(tài)斷裂韌度測試中廣泛使用的試件。因此，關于巖石動態(tài)斷裂力學的基礎性研究必不可少，同時，也亟須提出一個合理的構型，用于研究巖石動態(tài)斷裂的整個過程，即起裂、擴展以及止裂各個階段，并測試出巖石的動態(tài)斷裂韌度。

發(fā)明內容

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種在中低速沖擊荷載下I型裂紋動態(tài)止裂韌度的測試方法，且提出新的構型試件以適于研究裂紋擴展過程中的止裂現(xiàn)象，本發(fā)明例提出的方法簡單易行，可計算出裂紋斷裂全過程的斷裂韌度。