[發(fā)明專利]一種UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試試樣、裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210106206.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN114486577A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳禮舟;周建庭;楊俊;辛景舟;鄒楊;張中亞;王宗山;陳軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/313
• 分類號(hào): G01N3/313;G01N3/06
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 項(xiàng)曉丹

1.一種UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試試樣，其特征在于，所述測(cè)試試樣整體呈半球狀，在所述測(cè)試試樣的端面上設(shè)有向所述測(cè)試試樣的內(nèi)部延伸的半圓槽，且所述半圓槽的圓心與所述測(cè)試試樣半球狀的圓心位于同一水平線上，在所述半圓槽的槽底還設(shè)有裂紋，所述裂紋沿軸向方向向所述測(cè)試試樣半球狀的圓心方向延伸。

2.一種UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的測(cè)試試樣、以及測(cè)試機(jī)構(gòu)；

所述測(cè)試機(jī)構(gòu)包括沿軸向依次設(shè)置的沖擊載荷發(fā)射組件、入射桿和透射桿，所述沖擊載荷發(fā)射組件用于向所述入射桿提供沖擊載荷，所述測(cè)試試樣的平面安裝于所述入射桿朝向所述透射桿的一端，在所述測(cè)試試樣上還設(shè)有第一裂紋擴(kuò)展計(jì)，以用于監(jiān)測(cè)所述測(cè)試試樣上裂紋的斷裂過程，在所述入射桿上設(shè)有第一應(yīng)變片，以用于測(cè)量所述測(cè)試試樣處的入射波和反射波，在所述透射桿上設(shè)有第二應(yīng)變片，以用于測(cè)量所述測(cè)試試樣處的透射波。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試裝置，其特征在于，所述入射桿用于安裝所述測(cè)試試樣的端面上設(shè)有聚四氟乙烯墊片，所述測(cè)試試樣安裝在所述聚四氟乙烯墊片上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試裝置，其特征在于，所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)位于所述測(cè)試試樣的正面裂紋尖端沿裂紋擴(kuò)展方向的前側(cè)，且在所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)沿裂紋擴(kuò)展方向的前側(cè)還間隔布置有多個(gè)第三應(yīng)變片，在所述測(cè)試試樣的背面與裂紋尖端沿裂紋擴(kuò)展方向?qū)?yīng)的位置還設(shè)有第二裂紋擴(kuò)展計(jì)。

5.一種UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求2所述的UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試裝置，所述沖擊載荷發(fā)射組件在所述入射桿上產(chǎn)生沖擊載荷，通過所述入射桿和所述透射桿在所述測(cè)試試樣的兩側(cè)端面施加動(dòng)態(tài)壓縮載荷，所述第一應(yīng)變片、所述第二應(yīng)變片采集試驗(yàn)過程中的入射波、反射波和透射波的實(shí)時(shí)應(yīng)變脈沖信號(hào)，所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)計(jì)算出不同沖擊載荷下裂紋穿過所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)的速度和加速度，以得到裂紋非定常數(shù)擴(kuò)展過程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子與速度和加速度的關(guān)系。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)制備所述測(cè)試試樣；

步驟2)將所述測(cè)試試樣安裝在所述入射桿朝向所述透射桿的一端，并使得所述測(cè)試試樣、所述入射桿、所述透射桿和所述沖擊載荷發(fā)射組件的中心線位于同一水平面上；

步驟3)調(diào)整所述沖擊載荷發(fā)射組件撞擊所述入射桿的速度，以改變所述入射桿對(duì)所述測(cè)試試樣的沖擊載荷，所述第一應(yīng)變片、所述第二應(yīng)變片采集試驗(yàn)過程中的入射波、反射波和透射波的實(shí)時(shí)應(yīng)變脈沖信號(hào)，所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)計(jì)算出不同沖擊載荷下裂紋穿過所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)的速度和加速度；

步驟4)采用實(shí)驗(yàn)-數(shù)值-解析法計(jì)算得到裂紋非定常數(shù)擴(kuò)展過程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子與速度和加速度的關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試方法，其特征在于，步驟4)中裂紋非定常數(shù)擴(kuò)展過程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子與速度v和加速度的關(guān)系為：

式中：K_I⁰為測(cè)試試樣速度為0時(shí)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子；

c_R為材料的瑞雷波速；

c_d為材料的膨脹波速；

b為與測(cè)試試樣的寬度有關(guān)的尺寸因子。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UHPC的I型動(dòng)態(tài)斷裂韌度的測(cè)試方法，其特征在于，所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)包括多根并聯(lián)連接的金屬絲，且最靠近所述裂紋的金屬絲與所述裂紋的裂尖抵接；

步驟3)中，當(dāng)所述沖擊載荷發(fā)射組件撞擊所述入射桿時(shí)，所述測(cè)試試樣上的裂紋起裂，使得所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)的金屬絲發(fā)生斷裂并造成所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)電阻的變化，通過監(jiān)測(cè)所述第一裂紋擴(kuò)展計(jì)監(jiān)測(cè)電壓階躍變化的起跳點(diǎn)確定裂紋擴(kuò)展到該位置的時(shí)間，并計(jì)算出裂紋擴(kuò)展到兩根金屬絲間的時(shí)間差，根據(jù)兩根金屬絲間的距離計(jì)算得到兩根金屬絲間的裂紋擴(kuò)展速度。