一种圆拱形脆性材料试验方法和试验工装技术

本发明专利技术公开了一种圆拱形脆性材料性能试验方法，包括准备步骤和实验步骤，所述准备步骤架设声发射检测装置和示波器，将声发射检测装置的声发射探头固定在试验样品上，依次通过声发射检测装置、示波器触发高速相机进行图像数据的采集。本发明专利技术通过采用声发射检测装置和示波器的配合，在试验过程中当材料试验机加载载荷至样品破坏的零界点时，能够让散斑测试系统的高速相机精准地对圆拱形样品的裂纹萌生和发展至破坏的过程进行监测，为脆性材料数值模拟检验、本构关系、破坏准则、尺寸效应和破坏机理研究提供准确可靠的支持。

【技术实现步骤摘要】
一种圆拱形脆性材料试验方法和试验工装
本专利技术涉及脆性材料性能测试
，尤其涉及一种圆拱形脆性材料性能试验。
技术介绍
脆性材料的试验方法一般是通过材料试验机对脆性材料样品施加载荷，并对脆性材料样品采用不同的约束形式，使脆性材料样品处于不同的应力状态并最终处于不同的破坏形式(拉伸破坏、剪切破坏、围压破坏等)，进而获得材料在不同应力状态下的应力应变关系、失效阈值和失效形式，然后此基础上评估材料的本构关系、破坏准则和尺寸效应等性能。数字散斑测量方法是基于数字图像相关方法，通过对同一灰度图像的追踪，从而获得位移场、应变场。对于圆拱形样品，主要是通过材料试验机采用平面压头对其缓慢的施加载荷，这是一种准静态的加载方式。准静态加载的时间一般较长，而裂纹的出现、扩展级样品破坏发生在很短的时间。对于裂纹萌生、发展，高速相机是较好的观测手段，但由于高速相机内存有限，无法长时间采集，如何设置触发方式成了问题。本专利技术提出一种基于声发射信号的触发方式，实现破坏过程的可靠监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的问题，提供一种可靠性高，能够获得高精度的变形场、位移场图像数据，为脆性材料数值模拟检验、本构关系、破坏准则、尺寸效应和破坏机理研究提供支持的圆拱形脆性材料试验方法和试验工装。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种圆拱形脆性材料试验方法，包括：步骤a.将试验样品安装至试验工装上，架设光源、散斑测试系统及其高速相机；步骤b.通过材料试验机对试验样品施加准静态载荷，通过散斑测试系统采集试验样品的应变信息；所述步骤a还包括：架设声发射检测装置和示波器，将声发射检测装置的声发射探头固定在试验样品上，将声发射检测装置的模拟信号输出端连接至示波器上，将示波器与声发射检测装置的连接端口设置为触发端口，并设置触发电压，将所述示波器的电平信号输出端连接至所述高速相机的触发接口上。作为优选，所述试验样品的厚度不超过其圆拱外径的1/3。作为优选，在完成步骤b后，更换圆拱内外径尺寸和/或比例不同的试验样品，重复进行试验步骤a和步骤b。作为优选，所述散斑测试系统为单相机散斑测试系统。作为优选，所述高速相机设定为中点触发。作为优选，所述光源为面光源。一种圆拱形脆性材料试验工装，包括底座、底板和压头，所述底板通过调节螺钉固定安装在底座上，所述底板上设有一对限位块，所述限位块通过螺钉连接固定在底板上，所述限位块上的螺钉孔尺寸大于底板上的螺钉孔尺寸。作为优选，所述压头与试验样品接触部位为圆弧形结构，所述圆弧形结构的曲率半径为所述试验样品圆拱外径的1.5倍。本专利技术较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)通过采用声发射检测装置和示波器的配合，使得在试验过程中当材料试验机加载载荷至样品破坏的零界点时，能够让散斑测试系统的高速相机精准地对圆拱形样品的裂纹萌生、发展至破坏的过程进行监测，获得高精度的变形场、位移场图像数据，为脆性材料数值模拟检验、本构关系、破坏准则、尺寸效应和破坏机理研究提供准确可靠的支持。(2)设置通过调节螺钉固定安装在底座上的底板后，能够快速通过调节螺钉对底板进行调平操作，从而避免固定在底板的上试验样品出现倾斜影响试验结果的情况出现；在设置了限位块并将限位块上的螺钉孔尺寸设置为大于地板上的螺钉孔尺寸后，既可以实现对试验样品的限位固定功能，同时还可以根据不同试验样品的规格对限位块的位置进行微调，保证其限位和固定功能。附图说明图1是本专利技术中试验样品的结构示意图。图2是本专利技术中的信号传输示意图。图3是本专利技术的试验工装中底座和底板的正视结构示意图。图4是图3的俯视结构示意图。图5是本专利技术的试验工装中压头的结构示意图。图6是实施例中高速相机拍摄的圆拱形试验样品起裂的过程图。图7是实施例中采用本专利技术试验工装散斑所测加载方法的位移。其中，附图中的附图标记所对应的名称为：1-试验样品，2-高速相机，3-声发射检测装置，301-声发射探头，4-示波器，5-底座，6-底板，7-压头，8-调节螺钉，9-限位块，10-螺钉孔。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明：如图1所示，一种圆拱形脆性材料试验方法，包括：步骤a.将试验样品1安装至试验工装上，架设光源、散斑测试系统及其高速相机2；步骤b.通过材料试验机对试验样品1施加准静态载荷，通过散斑测试系统采集试验样品的应变信息；所述步骤a还包括：架设声发射检测装置3和示波器4，将声发射检测装置3的声发射探头301固定在试验样品1上，将声发射检测装置3的模拟信号输出端连接至示波器4上，将示波器4与声发射检测装置3的连接端口设置为触发端口，并设置触发电压，将所述示波器4的电平信号输出端连接至所述高速相机2的触发接口上。其中，步骤a是试验的准备步骤，步骤b是试验的实行步骤。在步骤a中，如图2所示，首先按照传统试验方法将试验样品1安装到试验工装上并架设好光源、散斑测试系统和高速相机2。然后架设声发射检测装置3和示波器4，并将声发射检测装置3的声发射探头301固定在试验样品1上。脆性材料在受外部载荷作用时会积累应变能，当这种应变能积累到一定临界程度，这种不稳定的高能状态会向稳定的低能状态过渡，这种过渡是以塑性变形、快速相变到裂纹的产生、发展直至材料出现断裂等形式来完成，应变能被速释放，其中一部分就是以应力波的形式快速释放出来的弹性能，这种以弹性波形式释放出应变能的现象叫做声发射。声发射检测装置3就是能够通过声发射探头301对这种弹性波进行检测的装置。试验样品1处于破坏的临界点时，固定在试验样品1表面上的声发射探头301能够检测到试验样品1内部释放出的声发射弹性波，然后将这一信号传输至声发射检测装置3，然后声发射检测装置3会将该声发射信号的模拟输出输出至示波器4上。在实际操作中，可以将示波器4上设置当触发端口接收到上升沿高于一定电压时设置为触发状态，在触发状态下，示波器4输出电平信号通过高速相机2的触发接口触发高速相机，从而实现对试验样品1裂纹萌生、发展的过程的监测和记录。在上述实施方式的基础上，所述试验样品1的厚度不超过其圆拱外径的1/3。当试验样品1的厚度超过其圆拱外径的1/3后，保持平面应力状态，因此将试验样品1的厚度设置为不超过其圆拱外径的1/3。在上述实施方式的基础上，在完成步骤b后，更换圆拱内外径尺寸和/或比例不同的试验样品，重复进行试验步骤a和步骤b。在完成步骤b后，该试验中的试验样品1已损坏，为了验证和继续收集脆性材料的各项性能数据，在完成步骤b后，可以更换圆拱内外径大小和/或比例不同的试验样品1重复进行步骤a-b试验。在上述实施方式的基础上，所述散斑测试系统为单相机散斑测试系统。在本专利技术中，由于试验样品1为平面，因此，将散斑测试系统设置为单相机测试系统。在实际操作中，可以首先将高速相机2的云台调平，使高速相机2的轴线通过试验工装中压头7的中心，这样采集的图像就能将试验样品1全部录入其中。在上述实施方式的基础上，所述高速相机2设定为中点触发。中点触发是指，高速相机2在接收到示波器4的电平触发信号后，保存记录触发信号前后各一半时间的数据图像。这样设置是为了保证能够通过高速相机2保存记录试验样品1从破坏临界点到破坏时裂纹萌发、发展的全过程。在上述实施方式的基础上，所述光源为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆拱形脆性材料试验方法，包括：步骤a.将试验样品安装至试验工装上，架设光源、散斑测试系统及高速相机；步骤b.通过材料试验机对试验样品施加由小至大的准静态载荷，通过散斑测试系统采集试验样品的应变信息；其特征在于，所述步骤a还包括：架设声发射检测装置和示波器，将声发射检测装置的声发射探头固定在试验样品上，将声发射检测装置的模拟信号输出端连接至示波器上，将示波器与声发射检测装置的连接端口设置为触发端口，并设置触发电压，将所述示波器的电平信号输出端连接至所述高速相机的触发接口上。

【技术特征摘要】
1.一种圆拱形脆性材料试验方法，包括：步骤a.将试验样品安装至试验工装上，架设光源、散斑测试系统及高速相机；步骤b.通过材料试验机对试验样品施加由小至大的准静态载荷，通过散斑测试系统采集试验样品的应变信息；其特征在于，所述步骤a还包括：架设声发射检测装置和示波器，将声发射检测装置的声发射探头固定在试验样品上，将声发射检测装置的模拟信号输出端连接至示波器上，将示波器与声发射检测装置的连接端口设置为触发端口，并设置触发电压，将所述示波器的电平信号输出端连接至所述高速相机的触发接口上。2.根据权利要求1所述的圆拱形脆性材料的试验方法，其特征在于，所述试验样品的厚度不超过其圆拱外径的1/3。3.根据权利要求2所述的圆拱形脆性材料的试验方法，其特征在于，在完成步骤b后，更换圆拱内外径尺寸和/或比例不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝林钢，付涛，甘海啸，周红萍，唐明峰，温茂萍，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51