[發明專利]一種混凝土抗拉沖擊性能試驗裝置實現的沖擊試驗方法

有效

• 申請號: 202110287570.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112964580B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（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，應變系統包括兩個應變片(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，配合處于靜止狀態的上夾具(4)，使得試件(6)處于受拉狀態，此時試件(6)中部的受拉區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，沖擊框(3)、上夾具(4)和下夾具(5)相互配合實現的沖擊過程中，試件(6)與應變系統同步發生變形，應變系統通過與其連接的動態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。