[發(fā)明專利]一種混凝土抗拉沖擊性能試驗裝置實現(xiàn)的沖擊試驗方法

有效

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112964580B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 楊英姿;霍彥霖;陳智韜;劉天安
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01N3/02;G01N3/04
• 代理公司: 深圳匯策知識產權代理事務所(普通合伙) 44487
• 代理人: 遲芳

1.一種混凝土抗拉沖擊性能試驗裝置實現(xiàn)的沖擊試驗方法，混凝土抗拉沖擊性能試驗裝置包括底座(1)、支撐框(2)、沖擊框(3)、上夾具(4)和下夾具(5)，所述底座(1)水平設置，所述支撐框(2)設置在底座(1)上，支撐框(2)包括上板(2-1)和若干個立柱(2-2)，所述若干個立柱(2-2)豎直并列設置在底座(1)上，上板(2-1)水平設置在若干個立柱(2-2)上，上夾具(4)的上端固定連接在上板(2-1)的底面上，沖擊框(3)穿設在上板(2-1)上，沖擊框(3)的底部設置有下夾具(5)，下夾具(5)在沖擊框(3)的帶動下沿上板(2-1)的厚度方向作出往復升降運動，上夾具(4)和下夾具(5)之間可拆卸連接有試件(6)；

沖擊框(3)包括頂板(3-2)、施力塊(3-1)和兩根導向桿(3-3)，所述頂板(3-2)水平在上板(2-1)的上方，頂板(3-2)的上端面設置有施力塊(3-1)，施力塊(3-1)的上端面加工有凹槽(18)，上板(2-1)沿其厚度方向并列加工有兩個內孔(11)，每個內孔(11)內穿設有一個導向桿(3-3)，導向桿(3-3)的外壁與內孔(11)的孔內壁滑動配合，每個導向桿(3-3)的上端與頂板(3-2)的下端面固定連接，兩個導向桿(3-3)的下端之間設置有下夾具(5)；

底座(1)設置在總座體(20)上，所述總座體(20)上還配合設置有支撐總成，支撐總成包括支撐桿(15-1)和下橫板(15-2)，支撐桿(15-1)豎直設置在總座體(20)上，支撐桿(15-1)的下端與總座體(20)固定連接，支撐桿(15-1)的上端水平設置有下橫板(15-2)，下橫板(15-2)沿支撐桿(15-1)的長度方向往復滑動，下橫板(15-2)沿其厚度方向加工有通孔，下橫板(15-2)的下端面上設置有釋放筒(16)，釋放筒(16)與通孔相連通，釋放筒(16)內設置有落錘(12)，落錘(12)與釋放筒(16)的內壁磁性連接，落錘(12)的底部設置有沖擊力傳感器(13)，落錘(12)與凹槽(18)相配合設置；

沖擊框(3)配合設置有配重組件(7)，所述配重組件(7)包括兩個配重單體，兩個配重單體并列設置在沖擊框(3)的兩側，每個配重單體與導向桿(3-3)一一對應設置，每個配重單體包括滑輪(7-1)、連接繩(7-2)和配重錘(7-3)，所述滑輪(7-1)設置在頂板(3-2)內，連接繩(7-2)的一端與對應的導向桿(3-3)相連接，連接繩(7-2)的另一端繞過滑輪(7-1)后與配重錘(7-3)相連接；

下夾具(5)為倒置T形塊，下夾具(5)的豎直端朝向上夾具(4)設置，下夾具(5)的豎直端上加工有配合試件(6)的下夾持豁口(8)；

上夾具(4)為矩形塊體，上夾具(4)的上端與上板(2-1)的底面固定連接，上夾具(4)的下端加工有上夾持豁口(10)，上夾持豁口(10)的形狀與下夾持豁口(8)的形狀相同，上夾持豁口(10)與下夾持豁口(8)相對設置；

試件(6)的中部貼有應變系統(tǒng)，應變系統(tǒng)包括兩個應變片(14)，兩個應變片(14)分別設置在試件(6)的前側面和后側面上；

其特征在于：所述沖擊試驗方法包括以下內容：

總沖擊能的計算：首先對落錘(12)及沖擊力傳感器(13)進行對中操作，確保落錘(12)及沖擊力傳感器(13)在下落撞擊在沖擊框(3)的幾何中心處，試驗前應進行預實驗，確定落錘(12)及沖擊力傳感器(13)的沖擊高度h，根據落錘(12)的質量M_錘，根據公式一求得總沖擊能，公式一為：

W_沖擊＝M_錘gh；

上式中g為當地的重力加速度，單位為m/s²；

沖擊力時程曲線的確定：將制作完畢的試件(6)進行稱重，根據試件(6)的質量，根據公式二計算得出所需的配重質量，公式二為：

2M_配重錘＝M_沖擊框+M_下夾具+M_試件；

確定出所需的配重質量后，將試件(6)放置于上夾具(4)和下夾具(5)之間進行沖擊，隨著落錘(12)及沖擊力傳感器(13)的下落，落錘(12)碰撞到沖擊框(3)時，通過沖擊力傳感器(13)獲取的沖擊力數據計算得到沖擊力時程曲線；

應力-應變曲線的確定：沖擊框(3)帶動下夾具(5)及試件(6)同步向下移動，配合處于靜止狀態(tài)的上夾具(4)，使得試件(6)處于受拉狀態(tài)，此時試件(6)中部的受拉區(qū)域產生了均勻的拉應力，同時由于兩個配重錘(7-3)的質量與沖擊框(3)、下夾具(5)及試件(6)的質量之和相同，因此，兩個配重錘(7-3)的重力勢能與沖擊框(3)、下夾具(5)及試件(6)的重力勢能抵消，沖擊力完全作用于試件(6)上，即試件(6)所受到的沖擊拉力即為沖擊力傳感器(13)測得的沖擊力，根據試件(6)的橫截面S_截面，計算得到的沖擊力F_沖擊，即可根據公式三求出試件在沖擊過程中產生的拉應力σ_u，公式三為：

σ_u＝F_沖擊/S_截面；

由于試件(6)的中部貼有應變系統(tǒng)，沖擊框(3)、上夾具(4)和下夾具(5)相互配合實現(xiàn)的沖擊過程中，試件(6)與應變系統(tǒng)同步發(fā)生變形，應變系統(tǒng)通過與其連接的動態(tài)應變采集箱即可采集到沖擊產生的應變ε_u，通過應變ε_u以及拉應力σ_u建立以應變ε_u為橫坐標、拉應力σ_u為縱坐標的坐標系，最終得到最終的應力-應變曲線。

2.根據權利要求1所述的沖擊試驗方法，其特征在于：通過應變系統(tǒng)的兩個應變片(14)分別獲取試件(6)前側面和后側面的應變量，兩個應變量的平均值即為應變ε_u的最終確定值，即ε_u＝(ε_u前+ε_u后)/2。