[發明專利]動態沖剪實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202210547366.5
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114755096B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 姚偉;陳靜茜;徐穎;夏開文;李星;趙格立
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/30;G01N3/12
• 代理公司: 廣州德科知識產權代理有限公司 44381
• 代理人: 黃文靜;萬振雄

1.一種動態沖剪實驗裝置，其特征在于，所述動態沖剪實驗裝置用于沖剪試樣，所述動態沖剪實驗裝置包括：

圍壓缸，所述圍壓缸用于充注液體，以為所述試樣施加圍壓，所述圍壓缸包括缸體、第一擋板和與所述第一擋板相對的第二擋板，所述第一擋板和所述第二擋板分別設置于所述缸體的兩端，所述第一擋板上設有第一孔，所述第二擋板上設有第二孔；

入射桿，所述入射桿部分穿過所述第一孔與所述圍壓缸連接，所述入射桿用于向所述試樣施加入射波；所述入射桿包括入射桿主體和與所述入射桿主體相連的沖頭，所述沖頭位于所述入射桿主體和透射桿之間，所述入射桿主體用于向所述試樣施加入射波，所述沖頭用于接收所述入射桿主體發出的所述入射波并將所述入射波傳遞至所述試樣；所述沖頭由第一圓柱體和第二圓柱體一體形成，所述第一圓柱體的底面圓心與所述第二圓柱體的底面圓心重疊，所述第一圓柱體與所述入射桿主體連接，且所述第二圓柱體的底面面積小于所述第一圓柱體的底面面積；所述入射桿主體和所述沖頭的連接處設有固定筒，所述固定筒包覆在所述入射桿主體和所述沖頭的連接處的外周，且所述固定筒僅包覆部分或整個所述第一圓柱體；

第一適配器，所述第一適配器由三個依次連接的第一鏤空圓柱體、第二鏤空圓柱體和第三鏤空圓柱體一體形成，其中，所述第一鏤空圓柱體的內直徑與所述固定筒沿豎直方向的截面的外直徑相等，所述第二鏤空圓柱體的外直徑與所述第一鏤空圓柱體的外直徑相等，所述第二鏤空圓柱體的內直徑與所述第二圓柱體沿豎直方向上的截面的直徑相等，所述第三鏤空圓柱體的外直徑與所述透射桿沿豎直方向上的截面的直徑相等，所述第三鏤空圓柱體的內直徑與所述第二圓柱體沿豎直方向上的截面的直徑相等；所述第一適配器包覆在所述沖頭和所述固定筒的外周，所述第一適配器具有第一端面和與所述第一端面相對的第二端面，所述第一端面為所述第三鏤空圓柱體與所述試樣接觸的表面，所述第二端面為所述第一鏤空圓柱體背離所述第二鏤空圓柱體的表面；所述沖頭與所述試樣的接觸面與所述第一端面位于同一平面上，所述第二端面與所述第一擋板連接；所述第一適配器的第一端面和所述沖頭的所述第一圓柱體沿豎直方向的截面面積之和與所述透射桿沿豎直方向的截面面積相等；

透射桿，所述透射桿部分穿過所述第二孔與所述圍壓缸連接，所述入射桿和所述透射桿用于夾持所述試樣；所述透射桿包括透射桿主體和與所述透射桿主體相連的第二適配器，且所述第二適配器設于所述透射桿主體和所述入射桿之間，所述第二適配器朝向入射桿的一側設有凹槽，所述凹槽用于容置沖剪后的所述試樣。

2.根據權利要求1所述的動態沖剪實驗裝置，其特征在于，所述入射桿上設有第一應變片，所述第一應變片用于檢測所述入射桿對所述試樣施加的所述入射波以及所述入射波經所述試樣反射后的反射波；

所述透射桿上設有第二應變片，所述第二應變片用于檢測所述入射波透過所述試樣后的透射波。

3.根據權利要求1所述的動態沖剪實驗裝置，其特征在于，所述缸體固定連接于所述第一擋板和所述第二擋板中的二者之一上，且所述缸體可活動連接于所述第一擋板和所述第二擋板中的二者之另一上。

4.一種動態沖剪實驗裝置的實驗方法，所述動態沖剪實驗裝置為權利要求1-3中任一項所述的動態沖剪實驗裝置，所述實驗方法包括：

組裝所述動態沖剪實驗裝置；

將所述試樣夾持于所述入射桿和所述透射桿之間；

向所述圍壓缸充注液體；

所述入射桿向所述試樣施加入射波。

5.根據權利要求4所述的動態沖剪實驗裝置的實驗方法，其特征在于，所述動態沖剪實驗裝置測量得到的所述試樣的沖剪應力為：

或，

其中，τ為所述試樣的沖剪應力，E為所述入射桿的彈性模量，A為所述入射桿與所述試樣的接觸面的面積，D為所述入射桿與所述試樣的接觸面的直徑，B為所述試樣的厚度，ε_i(t)為所述入射桿發出的所述入射波的入射應變脈沖，ε_r(t)為所述入射波經所述試樣反射后的反射波的反射應變脈沖，ε_t(t)為所述入射波透過所述試樣后的透射波的透射應變脈沖。