本发明专利技术的真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法，第一：在施加静态预应力和冲击荷载之前，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下X、Y、Z方向完整的超声波信号，第二：施加静态预应力，第三：记录并保存施加静态预应力下X、Y、Z方向完整的超声波信号；第四：施加冲击荷载，利用三轴六向同步协调控制电磁加载系统对测试试样施加动态冲击荷载。第五：待动态冲击加载试验结束后，在不解除静态预应力下，再次记录并保存施加静态预应力和动态冲击荷载后X、Y、Z方向完整的超声波信号。本发明专利技术首次实现了原位保压状态下测试岩石、混凝土等固体材料动态冲击损伤演化及其对超声波传播速度，幅值和频谱等衰减规律的影响。
【技术实现步骤摘要】
真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法
本专利技术涉及岩石、混凝土、聚合物等固体材料的动态力学性能测试方法，尤其涉及基于真三轴霍普金森杆动静组合加载条件下岩石、混凝土、聚合物等固体材料动态损伤演化及其对超声波、应力波传播和衰减规律影响的研究。
技术介绍
岩石、混凝土等材料内部包含着大量的孔洞，裂隙，节理等缺陷。研究岩石、混凝土等材料在动态冲击加载下的损伤破坏规律能更好的分析岩石、混凝土等固体材料的动力学特性。同时，了解岩石、混凝土等固体材料的动态损伤演化规律将有助于定性和定量的分析固体材料动态损伤演化对超声波与应力波传播和衰减规律的影响。目前，对岩石、混凝土等材料的动态损伤的研究主要是基于霍普金森杆的动态冲击或动静组合加载后，利用CT扫描设备或超声波仪器等来标定岩石、混凝土等材料的动态损伤。已有的研究动态损伤的技术方法是在霍普金森杆动静加载以后拆卸试样，然后利用其它设备(例如CT扫描设备或超声波仪器)对试样进行损伤检测。已有的方法将动静组合加载与损伤检测分开进行，目前尚无法实现在原位保压状态下研究岩石、混凝土等材料的动态损伤及其对超声波传播和衰减规律的影响。另一方面，现有的岩石、混凝土等固体材料动力学特性测试装置，只是实现了一维冲击加载或等围压静态预应力作用下的一维冲击加载的岩石和混凝土等材料的动力学特性研究。然而在实际工程中，岩石或者混凝土等材料不仅仅受到一个方向的冲击荷载，很多时候会受到单轴双向、双轴四向甚至是三轴六向的冲击荷载以及静态预应力(例如地下岩体承受三轴六向的地应力作用)的共同作用，而上述动静荷载作用下的岩石、混凝土等固体材料动态损伤演化特性的研究是现有霍普金森杆装置技术无法实现的，进一步的研究上述动静荷载作用下的岩石、混凝土等固体材料动态损伤演化对超声波传播和衰减规律的影响也是无法用现有装置和技术实现的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以在原位保压状态下测试岩石、混凝土等固体材料动态冲击损伤演化及其对超声波传播速度、幅值和频谱等衰减规律影响的方法，以弥补现有基于霍普金森杆的岩石、混凝土等固体材料动力学测试的技术方法在原位保压状态下材料动态损伤测试及其对超声波传播和衰减规律影响研究等方面的缺陷。三轴六向同步协调控制电磁加载霍普金森杆系统的一个重点突破是真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法。该方法是指在原位未解除静态预应力(围压)情况下通过超声波发射与接收系统研究动态冲击损伤及其对超声波传播与衰减规律的影响。在三轴六向同步协调控制电磁加载霍普金森杆系统的基础上，分别在加载前、施加真三轴静态预应力(围压)之后、施加冲击荷载之后的三个过程中，分别在X、Y、Z三个方向的入射杆和透射杆端部利用超声波探头发射并接收记录超声波穿过不同损伤状态下岩石、混凝土等材料中的透射超声波信号，进而利用超声波信号来分析岩石、混凝土等材料在原位保压状态下的动态损伤演化和损伤演化各向异性特征及其对超声波传播和衰减规律的影响。为了解决现有技术中问题，本专利技术提供了一种真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法，所述测试方法利用三轴六向霍普金森杆系统进行测试，测试装置置于水平十字支撑平台上，该平台包括X+向支撑平台、X-向支撑平台、Y+向支撑平台和Y-向支撑平台以及中心支撑平台，中心立方体方箱上表面完全开口，即沿Z+向完全开口，沿X+向、X-向、Y+向、Y-向、和Z-向分别于中心立方体方箱正中间位置设置方形开口，且方形开口尺寸与方形杆尺寸相同，方形孔中放置X、Y、Z方向的方形杆，方形杆上靠近入射应力波加载端的一侧均设置一个凸台；中心立方体方箱置于中心支撑平台的上表面正中心，且与水平十字支撑平台构成正交坐标系用于三轴六向霍普金森杆系统的精准定位和对中；三轴六向霍普金森杆系统的X+向、X-向、Y+向、Y-向、Z+向和Z-向六个方向的方形杆由自润滑方形杆固定和支撑架固定，方形杆与中心立方体方箱于方形开口实现对中连接；围压加载液压油缸和围压加载作动器与围压加载框串联组合，围压加载框与凸台串联连接，用于将围压加载液压油缸的作用力传递至方形杆和测试试样上；测试方法步骤如下：第一步：在施加静态预应力和冲击荷载之前，在六个方向的方形杆的入射端均放置一枚超声波探头，对于X+向，超声波发射探头发射超声波入射信号，超声波信号沿X+向方形杆传播并穿过立方体试样，随后继续向X-向方形杆传播，直至被X-向方形杆一侧的超声波接收探头接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆一侧的超声波发射探头发射超声波入射信号，超声波信号沿Y+向方形杆传播并穿过立方体试样，随后继续向Y-向方形杆传播，直至被Y-向方形杆一侧的超声接收探头接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆一侧的超声波发射探头发射超声波入射信号，超声波信号沿Z+向方形杆传播并穿过立方体试样，随后继续向Z-向方形杆传播，直至被Z-向方形杆一侧的超声波接收探头接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Z方向完整的超声波信号；第二步：施加静态预应力，以X方向为例给出施加静态预应力的方式：打开高压油管，通过进油口给X+向围压加载液压油缸充油，推动X+向围压加载作动器向前运动，并与X+向围压加载框接触；继续施加油压推动X+向围压加载作动器向前移动，将轴向压力通过X+向凸台传递至X+方向方形杆，进而作用到立方体试样上，使其受到X方向精准静态预应力，同理，Y、Z方向静态围压加载原理与X方向相同；第三步：在第二步的静态预应力作用下，再次利用X+向方形杆一侧的超声波发射探头发射超声波入射信号，并利用X-向方形杆一侧的超声波接收探头接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆一侧的超声波发射探头发射超声波入射信号，并利用Y-向方形杆一侧的超声波接收探头接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆一侧的超声波发射探头发射超声波入射信号，并利用Z-向方形杆一侧的超声波接收探头接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Z方向完整的超声波信号；第四步：施加冲击荷载，以X方向为例给出施加冲击荷载的方式：待上述第三步操作结束后，分别移开紧贴在X+和X-向方形杆和上的超声波发射探头和超声波接收探头，然后将X+向电磁脉冲激发腔与X+向电磁脉冲激发腔支撑架放置于X+向围压加载框内，并放置于X+向方形杆的入射端，且与X+向方形杆的入射端自由且紧密的贴合，用于沿X+向方形杆的入射端对测试试样施加X+向动态应力脉冲荷载，将X-向电磁脉冲激发腔与X-向电磁脉冲激发腔支撑架放置于X-向围压加载框内，并放置于X-向方形杆的入射端，且与X-向方形杆的入射端自由且紧密的贴合，用于沿X-向方形杆的入射端对测试试样施加X-向动态应力脉冲荷载；同理，待Y、Z方向按照与X方向进行相同的操作后，便可利用三轴六向同步协调控制电磁加载系统对测试试样施加动态冲击荷载；第五步：待动态冲击加载试验本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法，其特征在于：所述测试方法利用三轴六向霍普金森杆系统进行测试，测试装置置于水平十字支撑平台上，该平台包括X+向支撑平台(1)、X‑向支撑平台(16)、Y+向支撑平台(28)和Y‑向支撑平台(42)以及中心支撑平台(71)，中心立方体方箱(69)上表面完全开口，即沿Z+向完全开口，沿X+向、X‑向、Y+向、Y‑向、和Z‑向分别于中心立方体方箱正中间位置设置方形开口，且方形开口尺寸与方形杆尺寸相同，方形孔中放置X、Y、Z方向的方形杆，方形杆上靠近入射应力波加载端的一侧均设置一个凸台；中心立方体方箱(69)置于中心支撑平台(71)的上表面正中心，且与水平十字支撑平台构成正交坐标系用于三轴六向霍普金森杆系统的精准定位和对中；三轴六向霍普金森杆系统的X+向、X‑向、Y+向、Y‑向、Z+向和Z‑向六个方向的方形杆由自润滑方形杆固定和支撑架固定，方形杆与中心立方体方箱于方形开口实现对中连接；围压加载液压油缸和围压加载作动器与围压加载框串联组合，围压加载框与凸台串联连接，用于将围压加载液压油缸的作用力传递至方形杆和测试试样上；测试方法步骤如下：第一步：在施加静态预应力和冲击荷载之前，在六个方向的方形杆的入射端均放置一枚超声波探头，对于X+向，超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，超声波信号沿X+向方形杆(11)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向X‑向方形杆(23)传播，直至被X‑向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，超声波信号沿Y+向方形杆(36)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向Y‑向方形杆(47)传播，直至被Y‑向方形杆(47)一侧的超声接收探头(43)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，超声波信号沿Z+向方形杆(59)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向Z‑向方形杆(63)传播，直至被Z‑向方形杆(63)一侧的超声波接收探头(66)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Z方向完整的超声波信号；第二步：施加静态预应力，以X方向为例给出施加静态预应力的方式：打开高压油管，通过进油口给X+向围压加载液压油缸(2)充油，推动X+向围压加载作动器(4)向前运动，并与X+向围压加载框(8)接触；继续施加油压推动X+向围压加载作动器(4)向前移动，将轴向压力通过X+向凸台(9)传递至X+方向方形杆(11)，进而作用到立方体试样(70)上，使其受到X方向精准静态预应力，同理，Y、Z方向静态围压加载原理与X方向相同；第三步：在第二步的静态预应力作用下，再次利用X+向方形杆(11)一侧的超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，并利用X‑向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，并利用Y‑向方形杆(47)一侧的超声波接收探头(43)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，并利用Z‑向方形杆(63)一侧的超声波接收探头(66)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Z方向完整的超声波信号；第四步：施加冲击荷载，以X方向为例给出施加冲击荷载的方式：待上述第三步操作结束后，分别移开紧贴在X+和X‑向方形杆(11)和(23)上的超声波发射探头(5)和超声波接收探头(19)，然后将X+向电磁脉冲激发腔(7)与X+向电磁脉冲激发腔支撑架(6)放置于X+向围压加载框(8)内，并放置于X+向方形杆(11)的入射端，且与X+向方形杆(11)的入射端自由且紧密的贴合，用于沿X+向方形杆(11)的入射端对测试试样施加X+向动态应力脉冲荷载，将X‑向电磁脉冲激发腔(20)与X‑向电磁脉冲激发腔支撑架(21)放置于X‑向围压加载框(18)内，并放置于X‑向方形杆(23)的入射端，且与X‑向方形杆(23)的入射端自由且紧密的贴合，用于沿X‑向方形杆(23)的入射端对测试试样施加X‑向动态应力脉冲荷载；同理，待Y、Z方向按照与X方向进行相同的操作后，便可利用三轴六向同步协调控制电磁加载系统对测试试样施加动态冲击荷载；第五步：待动态冲击加载试验结束后，继续...
【技术特征摘要】
1.一种真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法，其特征在于：所述测试方法利用三轴六向霍普金森杆系统进行测试，测试装置置于水平十字支撑平台上，该平台包括X+向支撑平台(1)、X-向支撑平台(16)、Y+向支撑平台(28)和Y-向支撑平台(42)以及中心支撑平台(71)，中心立方体方箱(69)上表面完全开口，即沿Z+向完全开口，沿X+向、X-向、Y+向、Y-向、和Z-向分别于中心立方体方箱正中间位置设置方形开口，且方形开口尺寸与方形杆尺寸相同，方形孔中放置X、Y、Z方向的方形杆，方形杆上靠近入射应力波加载端的一侧均设置一个凸台；中心立方体方箱(69)置于中心支撑平台(71)的上表面正中心，且与水平十字支撑平台构成正交坐标系用于三轴六向霍普金森杆系统的精准定位和对中；三轴六向霍普金森杆系统的X+向、X-向、Y+向、Y-向、Z+向和Z-向六个方向的方形杆由自润滑方形杆固定和支撑架固定，方形杆与中心立方体方箱于方形开口实现对中连接；围压加载液压油缸和围压加载作动器与围压加载框串联组合，围压加载框与凸台串联连接，用于将围压加载液压油缸的作用力传递至方形杆和测试试样上；测试方法步骤如下：第一步：在施加静态预应力和冲击荷载之前，在六个方向的方形杆的入射端均放置一枚超声波探头，对于X+向，超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，超声波信号沿X+向方形杆(11)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向X-向方形杆(23)传播，直至被X-向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，超声波信号沿Y+向方形杆(36)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向Y-向方形杆(47)传播，直至被Y-向方形杆(47)一侧的超声接收探头(43)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，超声波信号沿Z+向方形杆(59)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向Z-向方形杆(63)传播，直至被Z-向方形杆(63)一侧的超声波接收探头(66)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Z方向完整的超声波信号；第二步：施加静态预应力，以X方向为例给出施加静态预应力的方式：打开高压油管，通过进油口给X+向围压加载液压油缸(2)充油，推动X+向围压加载作动器(4)向前运动，并与X+向围压加载框(8)接触；继续施加油压推动X+向围压加载作动器(4)向前移动，将轴向压力通过X+向凸台(9)传递至X+方向方形杆(11)，进而作用到立方体试样(70)上，使其受到X方向精准静态预应力，同理，Y、Z方向静态围压加载原理与X方向相同；第三步：在第二步的静态预应力作用下，再次利用X+向方形杆(11)一侧的超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，并利用X-向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，并利用Y-向方形杆(47)一侧的超声波接收探头(43)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，并利用Z-向方形杆(63)一侧的超声波接收探头(66)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Z方向完整的超声波信号；第四步：施加冲击荷载，以X方向为例给出施加冲击荷载的方式：待上述第三步操作...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱建波，谢和平，周韬，李存宝，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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