[發明專利]一種爆炸載荷下鋼材斷裂應變測試裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 202010313610.2
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111504817B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 姚熊亮;王治;洪峰;王志凱;秦業志;王逸南;鄭健
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種爆炸載荷下鋼材斷裂應變測試裝置及其測試方法，測試裝置采用桁架式設計，將被試鋼材制成特殊的空心梁結構，通過定位插槽對夾具位置進行調整以滿足不同長度試驗梁的試驗條件，凹槽夾具的設計滿足試驗梁固支邊界條件。爆炸載荷由懸吊于試驗梁上方的爆源施加，通過多次試驗找到試驗梁破壞的臨界藥量，通過公式計算鋼材動態斷裂應變。本發明提供了一種爆炸載荷下鋼材斷裂應變測試裝置和方法，利用該裝置和方法可以便捷、有效地測量爆炸載荷下鋼材斷裂應變。

技術領域

本發明涉及一種爆炸載荷下鋼材斷裂應變測試裝置及其測試方法，屬于爆炸沖擊毀傷評估領域。

背景技術

鋼材動態斷裂應變與靜態斷裂應變不同，爆炸載荷下結構的響應為高應變率問題，鋼材斷裂應變為動態斷裂應變。對于在彎曲拉伸破壞下結構斷裂應變的測試多采用三點彎曲試驗進行測量，但其試驗條件是在準靜態加載下，并且預置初始結構裂口測試梁試件的結構斷裂應變。爆炸沖擊載荷與準靜態加載有巨大差異，其作用時間短加載壓力大，所引起的結構響應應變率高，結構中的應力狀態更為復雜與簡單的單軸拉伸試驗或三點彎曲試驗所得的鋼材拉伸斷裂試驗應力狀態不同，前者在沖擊載荷作用下，在三向應力狀態下結構中傳播的應力波包含彎曲波，剪切波等，其結構響應更為復雜。因此傳統的三點彎曲試驗無法準確測得爆炸沖擊下板架結構斷裂應變。目前對于爆炸載荷下鋼材動態斷裂應變并無有效測量方法，需要設計能夠實現這一目的的測試裝置和方法。

發明內容

本發明針對上述國內技術空白領域，提出一種爆炸載荷下鋼材斷裂應變測試裝置和方法，并就試驗裝置配備安裝進行說明。利用該裝置和方法可以便捷、有效地測量爆炸載荷下鋼材斷裂應變。

本發明的目的是這樣實現的：包括試驗桁架、設置在試驗桁架上端的藥包懸掛桿、球形藥包、設置在試驗桁架中間位置間的夾具定位調整架、設置在夾具定位調整架上的可調位置的試驗備試梁夾具、設置在試驗備試梁夾具間的試驗備試梁，球形藥包通過細繩懸掛于藥包懸掛桿上，所述試驗備試梁為空心梁結構，其下端截面由被試鋼材制作，其余三個截面由韌性大于被試鋼材韌性的鋼材制作。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.夾具定位調整架上設置有至少三組定位插槽，一對試驗備試梁夾具通過定位螺栓設置在定位插槽中。

2.試驗備試梁的兩端部通過試驗備試梁夾具的凹槽固定。

3.試驗備試梁的長度大于其高度的5倍。

4.試驗桁架的截面采用空心矩形梁設計，截面極限彎矩大于試驗備試梁的5倍。

5.試驗備試梁的側面設置有抗沖擊棉。

6.6.步驟如下：

步驟1：針對被測鋼材，制造試驗被試梁，被試梁為矩形空心截面梁，下端截面由被試鋼材制作，其余三個截面由韌性更強的鋼材制作，被試梁長度應大于高度的5倍；

步驟2：計算使得試驗被試梁產生斷裂的臨界藥量預估值；臨界藥量預估值通過如下公式計算：

式中：Q₀是預估臨界藥量，R是爆距，m為備試梁單位長度質量，M₀為極限彎矩，H為梁高，k為無量綱沖量因子，L為梁半長，λ為反射系數，ε₀為鋼材靜態斷裂應變，h為備試梁高，τ為空氣中沖擊波正壓作用時間；

步驟3：試驗裝置安裝；

步驟4：調整藥量進行多次試驗，找到斷裂臨界狀態，作為臨界藥量Q^*；

步驟5：通過以下公式計算鋼材動態斷裂應變：