[發明專利]一種UHPC的I型動態斷裂韌度的測試試樣、裝置及方法

在審

• 申請號: 202210106206.7
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114486577A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 吳禮舟;周建庭;楊俊;辛景舟;鄒楊;張中亞;王宗山;陳軍
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/06
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 項曉丹

本發明公開了一種UHPC的I型動態斷裂韌度的測試試樣、裝置及方法，該測試試樣整體呈半球狀，在測試試樣的端面上設有半圓槽，在半圓槽的槽底還設有裂紋，裂紋沿軸向方向向測試試樣半球狀的圓心方向延伸。測試裝置包括測試試樣和測試機構，測試機構包括沖擊載荷發射組件、入射桿和透射桿；測試方法為利用沖擊載荷發射組件在入射桿上產生沖擊載荷，通過入射桿和透射桿在測試試樣的兩側端面施加動態壓縮載荷，以得到裂紋非定常數擴展過程中動態應力強度因子與速度和加速度的關系。本發明可全面研究UHPC的I型動態斷裂過程，能針對裂紋擴展過程中速度、加速度與動態斷裂韌度的關系進行研究，所得結果準確可靠，填補了該研究領域內的空白。

技術領域

本發明涉及材料性能測試技術領域，具體涉及一種UHPC的I型動態斷裂韌度的測試試樣、裝置及方法。

背景技術

斷裂韌度是評價UHPC(超高性能混凝土)力學特性(包括UHPC裂縫起裂、擴展以及破裂機制等)的重要參數。因此，獲得準確的UHPC斷裂韌度值、設計發明科學的測試裝置和測量方法都至關重要。

研究脆性材料中動態裂紋擴展，一般將裂紋擴展速度假設成常數，即裂紋以定常速擴展，這個簡化使數學模型更易于處理，但從物理學上考慮是不太合適的。UHPC斷層動態破裂造成工程災害嚴重性，受到裂隙非定常數擴展速度和加速度的影響。動態裂紋起裂初期和止裂前夕，應該是存在加速和減速階段的，但往往由于測量精度不足或簡化計算，使許多學者將其視為測量儀器的精度誤差所致，而將裂紋仍舊看成在平均意義上的常速擴展，雖然可以簡單地得到一些力學性質結果，但可能忽略了關鍵因素的影響，也因此沒能對加速度產生關注。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明要解決的技術問題是：如何提供一種考慮裂紋擴展過程中的速度和加速度對動態斷裂韌度的影響，從而極大提高測量準確性的UHPC的I型動態斷裂韌度的測試試樣、裝置及測試方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種UHPC的I型動態斷裂韌度的測試試樣，所述測試試樣整體半球狀，在所述測試試樣的端面上設有向所述測試試樣的內部延伸的半圓槽，且所述半圓槽的圓心與所述測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有裂紋，所述裂紋沿軸向方向向所述測試試樣半球狀的圓心方向延伸。

這樣，測試試樣的上述結構設計，使得測試試樣不僅具有易于制作的優點，同時半圓槽的設計增加了裂紋尖端有益的應力集中，對于研究脆性材料I型動態斷裂過程中裂紋擴展速度變化有明顯的優勢，此外，還具有便于預制裂紋，不需要加載夾具的優勢，測試試樣的斷裂帶得到有效增加，方便測試試樣斷裂全過程的研究。

一種UHPC的I型動態斷裂韌度的測試裝置，包括上述測試試樣、以及測試機構；

所述測試機構包括沿軸向依次設置的沖擊載荷發射組件、入射桿和透射桿，所述沖擊載荷發射組件用于向所述入射桿提供沖擊載荷，所述測試試樣的平面安裝于所述入射桿朝向所述透射桿的一端，在所述測試試樣上還設有第一裂紋擴展計，以用于監測所述測試試樣上裂紋的斷裂過程，在所述入射桿上設有第一應變片，以用于測量所述測試試樣處的入射波和反射波，在所述透射桿上設有第二應變片，以用于測量所述測試試樣處的透射波。

這樣，在進行UHPC的I型動態斷裂韌度的測試時，將測試試樣、入射桿、透射桿和沖擊載荷發射組件的中心線調節到同一水平面上，然后由沖擊載荷發射組件在入射桿上產生沖擊載荷，該沖擊載荷通過入射桿和透射桿形成在測試試樣的兩側端面施加的動態壓縮載荷，測試過程中，第一應變片、第二應變片采集試驗過程中的入射波、反射波和透射波的實時應變脈沖信號，第一裂紋擴展計計算出不同沖擊載荷下裂紋穿過第一裂紋擴展計的速度和加速度，以得到裂紋非定常數擴展過程中動態應力強度因子與速度和加速度的關系。

優選的，所述入射桿用于安裝所述測試試樣的端面上設有聚四氟乙烯墊片，所述測試試樣安裝在所述聚四氟乙烯墊片上。