一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法，制作圆筒形凹凸剪切夹具一副，圆筒形凹凸剪切夹具内径及其制作材料均与霍普金森压杆的直径和材料相同，圆筒形凹凸剪切夹具外径略大于霍普金森压杆直径，圆筒形凹凸剪切夹具的长度分别为霍普金森压杆直径的1～2倍，圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度以及圆筒形凸面剪切夹具凸出长度分别为测试试样长度的1/3～1/10；先将剪切夹具置于压杆上，然后将剪切试样或结构面试样置于夹具上，利用螺栓加载装置对剪切试样施加法向压力，最后对剪切试样施加动态荷载；利用本发明专利技术方法，可获取应变率为10

A method for testing the dynamic shear strength of complete specimen and structure surface

The invention discloses a method for testing the complete sample and the structure dynamic shear strength, making cylindrical bump shear fixture a cylindrical convex cutting clamp diameter and the materials produced with the Hopkinson pressure bar and the diameter of the same material, a cylindrical convex cutting clamp diameter slightly larger than the diameter of the Hopkinson pressure bar, a cylindrical bump shear fixture length were 1~2 times the Hopkinson pressure bar diameter, cylindrical concave groove depth and shear fixture cylindrical convex cutting clamp protruding length respectively test specimen length 1/3 ~ 1/10; the first fixture in shear pressure bar, and then the shear specimen or structure sample in the fixture, the bolt loading device the shear specimen method applied to pressure, finally applying the dynamic load on the shear specimen; use this method, can obtain the strain The rate is 10

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法
本专利技术属于材料力学特性测试领域，涉及一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法，适用于应变率介于101～104s-1之间，固体材料试样在不同法向压力作用下的动态剪切强度的测试。
技术介绍
材料的剪切强度是一个非常重要的力学参数，对于工程结构经济和安全地设计以及稳定性评估具有不可替代的作用。目前常用测量固体材料剪切强度的方法主要是单面直接剪切试验和单(双)面压剪试验。上述两种测试方法，均为静态或准静态(加载应变率介于10-5～100s-1之间)加载条件下的材料剪切强度测试方法。在工程领域，除常规静态荷载的作用外，动荷载的作用亦非常普遍，例如冲击荷载，爆破荷载，地震波作用。因此，测量动态荷载(应变率介于101～104s-1之间)作用下材料动态剪切强度则显得十分必要。目前，由于受测试方法和技术的限制，材料动态剪切强度测试方法非常有限。近来报道的利用同心圆柱型试样测试脆性材料动态剪切强度的方法，虽然弥补了过往材料动态剪切强度测试的空白，但是利用该方法测试时，其缺点亦非常明显：一方面同心圆柱型试样的加工非常复杂和困难，试样精度往往不容易达到动态测试标准；另一方面同心圆柱型试样剪切破坏时，其剪切面内的剪切裂纹扩展以及剪切应变场均无法直接观测和测量；其次，该方法只能用于测试完整材料的动态剪切强度，无法用于测试结构面的动态剪切强度；另外，该方法无法给完整试样或者结构面施加法向荷载。
技术实现思路
为解决动态荷载(应变率介于101～104s-1之间)作用下，固体材料动态剪切强度测试困难问题，本专利技术提供具有测试试样加工简单，测试简便，测试结果精度高，可直接观测试样剪切变形和裂纹扩展，以及可施加不同法向作用力的一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法。本专利技术的技术解决方案如下：一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、制作圆筒形凹凸剪切夹具一副，所述圆筒形凹凸剪切夹具内径及其制作材料均与霍普金森压杆的直径和材料相同，所述圆筒形凹凸剪切夹具外径略大于霍普金森压杆直径，所述圆筒形凹凸剪切夹具的长度分别为霍普金森压杆直径的1～2倍，所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度以及所述圆筒形凸面剪切夹具凸出长度分别为测试试样长度的1/3～1/10；2)、将步骤1所述圆筒形凹面和凸面剪切夹具分别安装在安放测试试样的霍普金森压杆系统的透射杆和入射杆两端；3)、制作方形带凹槽双面剪切试样，所述试样长度宜与霍普金森压杆直径相当，所述试样凹槽深度与步骤1所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度一致，将试样凹槽两侧的透射杆侧承载端嵌入步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具的凹槽加载端中；4)、根据测试试样的长度和加载力的大小制作螺栓加载装置一副，并利用固定肋条将其与步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具连接形成一体结构；5)、利用步骤4所述螺栓加载装置，通过拧动加压螺母给步骤3所述方形带凹槽双面剪切试样两侧施加法向压力，通过安装在步骤4所述螺栓加载装置内部的法向压力测试传感器即可获取施加于方形带凹槽双面剪切试样两侧法向压力的大小；6)、将步骤2所述安置于入射杆上凸面剪切夹具的凸面加载端与步骤5所述方形带凹槽双面剪切试样的入射杆侧承载面紧密的接合在一起，以待动态加载；7)、利用压缩气体驱动霍普金森压杆系统的撞击杆撞击步骤2所述入射杆的撞击端部以对步骤6所述方形带凹槽双面剪切试样施加动态冲击荷载；8)、利用粘贴在霍普金森压杆杆件中心处的应变片可获取作用于双面剪切试样两端的动态荷载信号；根据一维弹性波理论，当作用于双面剪切试样两端动态荷载达到平衡时，可按以下公式计算双面剪切试样的动态剪切强度τ(t)：式中：E、A分别为霍普金森压杆杆件的弹性模量和横截面积，εI为入射杆上监测的入射应变信号，εR为入射杆上监测的反射应变信号，εT为透射杆上监测的透射应变信号，AS为双面剪切试样的单侧剪切面面积。所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样既可以是剪切加载面连续的完整试样也可以是剪切加载面不连续的结构面试样。所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切面两端都预切割一相同厚度和长度的裂纹面，以便于加载中剪切裂纹的形成和发展。利用法向压力测试传感器可测量出所述步骤4中螺栓加载装置施加于所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样两侧的法向压力。所述步骤7中霍普金森压杆的撞击杆既可以是与入射杆和透射杆等径的圆柱杆，也可以是变截面杆如纺锤形撞击杆。若撞击杆是等径圆柱杆，则需在入射杆冲击端粘贴一个整形器，撞击杆在撞击入射杆前先与整形器接触。若撞击杆是变截面杆，则无需粘贴整形器，撞击杆直接与入射杆撞击端接触。此两种撞击方法均能在入射杆内产生一个带有缓慢上升沿的半正弦状压缩脉冲波，该形状脉冲波能够使剪切试样两端快速达到动态应力平衡，以保证试验的准确性和有效性。利用超高速摄影仪可以实时观测所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切面内剪切裂纹的起裂，扩展和贯通全过程。高速摄影仪采用自动触发方式，其自动触发信号来自所述步骤8中入射杆中心处应变片监测的入射应变信号。同时，基于高速摄影仪拍摄的剪切裂纹扩展过程图片，利用图像测量技术可快速、简便的确定动态冲击加载下剪切裂纹扩展的速度大小。利用数字图像处理技术可以获取所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切面内剪切应变场的演化过程，可用于分析剪切破坏机制。利用所述方法，通过调节并控制所述步骤7中撞击杆驱动压缩空气的压力大小，可获取应变率为101～104s-1之间的完整试样或结构面试样在不同法向压力作用下的动态剪切强度。具体说明如下：一种用于测试完整试样和结构面试样动态剪切强度的方法1)、制作圆筒形凹凸剪切夹具一副，所述圆筒形凹凸剪切夹具内径及其制作材料均与霍普金森压杆的直径和材料相同，所述圆筒形凹凸剪切夹具外径略大于霍普金森压杆直径，所述圆筒形凹凸剪切夹具的长度分别为霍普金森压杆直径的两倍和一倍左右，所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度以及所述圆筒形凸面剪切夹具凸出长度分别为测试试样长度的1/3和1/10左右；2)、将步骤1所述圆筒形凹面和凸面剪切夹具分别安装在安放测试试样的霍普金森压杆系统的透射杆和入射杆两端；3)、制作方形带凹槽双面剪切试样，所述试样长度宜与霍普金森压杆直径相当，所述试样凹槽深度与步骤1所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度一致。为便于剪切裂纹的形成和扩展，将所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切加载面两端都预切割一相同厚度和长度的裂纹面；随后将所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样凹槽两侧的透射杆侧承载端嵌入步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具的凹槽加载端中；4)、根据测试试样的长度和加载力的大小制作螺栓加载装置一副，并利用固定肋条将其与步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具连接形成一体结构；5)、利用步骤4所述螺栓加载装置，通过拧动加压螺母给步骤3所述方形带凹槽双面剪切试样两侧施加法向压力，通过安装在步骤4所述螺栓加载装置内部的法向压力测试传感器即可获取施加于方形带凹槽双面剪切试样两侧法向压力的大小；6)、将所述步骤2中所述安装于入射杆和凸面剪切夹具的凸面加载端与所述步骤5中方形带凹槽双面剪切试样的入射杆侧承载面紧密的接合在一起；同时，将高速摄影仪拍摄镜头对准所述步骤5中方形带凹槽双面剪切试样的一侧剪切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法；其特征在于，包括以下步骤：1)、制作圆筒形凹凸剪切夹具一副，所述圆筒形凹凸剪切夹具内径及其制作材料均与霍普金森压杆的直径和材料相同，所述圆筒形凹凸剪切夹具外径略大于霍普金森压杆直径，所述圆筒形凹凸剪切夹具的长度分别为霍普金森压杆直径的1～2倍，所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度以及所述圆筒形凸面剪切夹具凸出长度分别为测试试样长度的1/3～1/10；2)、将步骤1所述圆筒形凹面和凸面剪切夹具分别安装在安放测试试样的霍普金森压杆系统的透射杆和入射杆两端；3)、制作方形带凹槽双面剪切试样，所述试样长度宜与霍普金森压杆直径相当，所述试样凹槽深度与步骤1所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度一致，将试样凹槽两侧的透射杆侧承载端嵌入步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具的凹槽加载端中；4)、根据测试试样的长度和加载力的大小制作螺栓加载装置一副，并利用固定肋条将其与步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具连接形成一体结构；5)、利用步骤4所述螺栓加载装置，通过拧动加压螺母给步骤3所述方形带凹槽双面剪切试样两侧施加法向压力，通过安装在步骤4所述螺栓加载装置内部的法向压力测试传感器即可获取施加于方形带凹槽双面剪切试样两侧法向压力的大小；6)、将步骤2所述安置于入射杆上凸面剪切夹具的凸面加载端与步骤5所述方形带凹槽双面剪切试样的入射杆侧承载面紧密的接合在一起，以待动态加载；7)、利用压缩气体驱动霍普金森压杆系统的撞击杆撞击步骤2所述入射杆的撞击端部以对步骤6所述方形带凹槽双面剪切试样施加动态冲击荷载；8)、利用粘贴在霍普金森压杆杆件中心处的应变片可获取作用于双面剪切试样两端的动态荷载信号；根据一维弹性波理论，当作用于双面剪切试样两端动态荷载达到平衡时，可按以下公式计算双面剪切试样的动态剪切强度τ(t)：...

【技术特征摘要】
1.一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法；其特征在于，包括以下步骤：1)、制作圆筒形凹凸剪切夹具一副，所述圆筒形凹凸剪切夹具内径及其制作材料均与霍普金森压杆的直径和材料相同，所述圆筒形凹凸剪切夹具外径略大于霍普金森压杆直径，所述圆筒形凹凸剪切夹具的长度分别为霍普金森压杆直径的1～2倍，所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度以及所述圆筒形凸面剪切夹具凸出长度分别为测试试样长度的1/3～1/10；2)、将步骤1所述圆筒形凹面和凸面剪切夹具分别安装在安放测试试样的霍普金森压杆系统的透射杆和入射杆两端；3)、制作方形带凹槽双面剪切试样，所述试样长度宜与霍普金森压杆直径相当，所述试样凹槽深度与步骤1所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度一致，将试样凹槽两侧的透射杆侧承载端嵌入步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具的凹槽加载端中；4)、根据测试试样的长度和加载力的大小制作螺栓加载装置一副，并利用固定肋条将其与步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具连接形成一体结构；5)、利用步骤4所述螺栓加载装置，通过拧动加压螺母给步骤3所述方形带凹槽双面剪切试样两侧施加法向压力，通过安装在步骤4所述螺栓加载装置内部的法向压力测试传感器即可获取施加于方形带凹槽双面剪切试样两侧法向压力的大小；6)、将步骤2所述安置于入射杆上凸面剪切夹具的凸面加载端与步骤5所述方形带凹槽双面剪切试样的入射杆侧承载面紧密的接合在一起，以待动态加载；7)、利用压缩气体驱动霍普金森压杆系统的撞击杆撞击步骤2所述入射杆的撞击端部以对步骤6所述方形带凹槽双面剪切试样施加动态冲击荷载；8)、利用粘贴在霍普金森压杆杆件中心处的应变片可获取作用于双面剪切试样两端的动态荷载信号；根据一维弹性波理论，当作用于双面剪切试样两端动态荷载达到平衡时，可按以下公式计算双面剪切试样的动态剪切强度τ(t)：

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建波，周韬，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12