正应力约束下的双材料界面的加载装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种正应力约束下的双材料界面的加载装置及试验方法，该装置包括：纵长延伸的基块，基块具有相对的第一端和第二端，相对的第一侧面和第二侧面；贴合在第一端的第一支承块，贴合在第二端的第二支承块；将第一支承块和第二支承块紧固在基块两端的第一安装组件；位于第一侧面的第一压板，位于第二侧面的第二压板，将第一压板和第二压板紧固在基块两侧的第二安装组件；第一压板与基块的第一侧面之间用于设置被测材料；被测材料具有伸出第一压板和基块的自由端；与被测材料的自由端相固定的疲劳机。本发明专利技术能够在考虑压力的情况下，保证计算断裂能所需的各种关键参数的精确度。

Loading device and test method of bimaterial interface under normal stress constraint

The invention discloses a loading device and a test method of a bimaterial interface under normal stress constraint, the device comprises: a base block extending longitudinally, the base block having a relative first end and a second end, a relative first side and a second side; a first support block sticking to the first end, a second support block sticking to the second end; a first support block and a second support block fastening to the base block The first mounting assembly at both ends; the first pressing plate at the first side, the second pressing plate at the second side, which fastens the first pressing plate and the second pressing plate to the second mounting assembly at both sides of the base block; the first pressing plate and the first side of the base block are used to set the tested material; the tested material has a free end extending out of the first pressing plate and the base block; the fatigue fixed with the free end of the tested material Lao Ji. The invention can ensure the accuracy of various key parameters required for calculating fracture energy under the consideration of pressure.

【技术实现步骤摘要】
正应力约束下的双材料界面的加载装置及试验方法
本专利技术涉及试验装置
，尤其涉及一种正应力约束下的双材料界面的加载装置及试验方法。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本专利技术公开相关的背景信息，而不构成现有技术。夹层管由内向外主要包括：钢材管、混凝土夹芯层、复材(纤维增强复合材料FIBERREINFORCEDPOLYMER/PLASTIC，FRP)管。夹层管以其良好的抗腐性、稳定性、保温性、低成本被广泛用于海底管道。尽管夹层管有良好的整体性能，但是在工程实际使用时发现往往在构件发生强度破坏之前，会发生钢材(或者复材)与混凝土夹芯层界面之间的剥离破坏。目前，国内外的学者倾向于用断裂力学的观点来阐述钢(或者复材)-混凝土界面的剥离机理。到目前为止，研究人员研究出一种双材料界面的断裂试验装置。如图1所示，该双材料界面的断裂试验装置11包括：疲劳机6、固定于疲劳机6上的底板4、置于底板4的材料二2、置于材料二2的压板5和一端贴合于材料二2的材料一1，固定于压板5上的顶板7以及置于顶板7上的可自由伸缩的顶杆系统8。此外，该双材料界面的断裂试验装置还设置有一些配套组件，包括：连接件9、后置板10和螺杆3。该双材料界面断裂的试验装置能用来模拟不同模式下的双材料界面的断裂破坏。但是，申请人发现：通常为钢材管的石油套管一般用水泥固结在地层。油田开发过程水泥环受到剪力时，在套管截面位置水泥环向内产生径向膨胀，会影响水泥环与套管之间粘结强度的测定。此外，当作用在混凝土的内压发生变化时，套管与混凝土之间的粘结强度也会发生变化。整体上，海底管道以及大多数结构发生界面剥离时承受着较大压力，而图1所示双材料界面的断裂试验装置11未曾考虑结构所承受的压力，进而影响了断裂模式下，计算断裂能所需的关键参数的精确度。
技术实现思路
为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本专利技术提供了一种新的正应力约束下的双材料界面的加载装置及试验方法，能够在考虑压力的情况下，保证计算断裂能所需的各种关键参数的精确度。本申请实施方式公开了一种正应力约束下的双材料界面的加载装置，该正应力约束下的双材料界面的加载装置包括：纵长延伸的基块，沿着所述纵长延伸的方向，所述基块具有相对的第一端和第二端，在垂直于所述纵长延伸的方向上，所述基块具有相对的第一侧面和第二侧面；贴合在所述第一端的第一支承块，贴合在所述第二端的第二支承块；将所述第一支承块和所述第二支承块紧固在所述基块两端的第一安装组件；位于所述第一侧面的第一压板，位于所述第二侧面的第二压板，将所述第一压板和所述第二压板紧固在所述基块两侧的第二安装组件；所述第一压板与所述基块的第一侧面之间用于设置被测材料；所述被测材料具有伸出所述第一压板和所述基块的自由端；与所述被测材料的自由端相固定的疲劳机。在一个优选的实施方式中，所述基块为混凝土块，所述被测材料通过浇筑粘贴的方式固定在所述混凝土块上。在一个优选的实施方式中，所述被测材料为钢材或复材。在一个优选的实施方式中，所述第一安装组件包括：第一螺杆以及与所述第一螺杆相匹配的第一螺母；所述第二安装组件包括：第二螺杆以及与所述第二螺杆相匹配的第二螺母。在一个优选的实施方式中，所述正应力约束下的双材料界面的加载装置还包括用于调节施加在所述被测材料上的压力的数显扭力扳手，所述数显扭力扳手作用在所述第一螺母、第二螺母上，转动所述第一螺母、第二螺母能用于调节施加于所述被测材料上的压力。在一个优选的实施方式中，所述混凝土块沿着纵长延伸的方向上具有相互平行的第一平面和第二平面，所述第一压板和所述第二压板与所述第一平面和所述第二平面相平行，所述第一螺杆和所述第二螺杆均与所述第一平面或所述第二平面相垂直。一种基于上述所述的正应力约束下的双材料界面的加载装置的试验方法，其包括：启动疲劳机，对被测材料的自由端进行加载，进行滑移型剥离破坏试验；在所述滑移型剥离破坏试验的加载步骤结束后，通过所述疲劳机获取第一计算参数；将获取的第一计算参数代入滑移型模式的应力强度因子计算公式中，确定出当前应力强度因子；将确定的所述当前应力强度因子代入断裂能计算公式中，确定出当前断裂能；调节所述第一螺母和第二螺母，改变施加于所述被测材料中的压力，重复执行上述步骤；获取多组不同压力下所对应的断裂能，基于获取的多组所述压力与断裂能数据，确定压力对断裂能的影响。在一个优选的实施方式中，所述试验还包括：测量被测材料的刚度和弹性模量。在一个优选的实施方式中，所述确定压力对断裂能的影响包括：确定所述压力与所述断裂能的对应关系，基于所述对应关系修正所述断裂能计算公式，修正后的所述断裂能计算公式为：Ka＝Ga/ta，ta＝t-σ/E；其中，Ga表示粘结剂的剪切模量，单位为MPa；ta是在正应力作用下的粘结层厚度，单位为mm；t为初始粘结层厚度，单位为mm；σ为压板作用在粘结层上的正应力，单位为MPa；E为环氧树脂粘结剂的弹性模量，单位为MPa；Ka为粘结层的剪切刚度，单位为MPa/mm；f′c为混凝土的抗压强度，单位为MPa。在一个优选的实施方式中，所述方法还包括：基于获取的多组所述压力与断裂能数据确定断裂界面滑移s与界面连接强度τ的关系，所述断裂界面滑移s与界面连接强度τ的关系包括：当s≤s0时，当s>s0时，上式中：fN＝(1+μNx)，μ＝0.2；Nx由疲劳机获取；β＝0.0035Ka(E1h/1000)0.34；τ和s通过置于被测材料与粘结剂界面的应变片测得；α为模型系数，通过回归统计得到；Ka为粘结层的剪切刚度，单位为MPa/mm；E1为被测材料的弹性模量，单位为MPa；h为被测材料的厚度，单位为mm。本专利技术的特点和优点是：本申请实施方式中所提供的正应力约束下的双材料界面的加载装置，在基块，与基块相贴的第一支承块和第二支承块、放置在混凝土块上的第一压板和第二压板、固定在压板上的第一安装组件和第二安装组件、通过浇筑粘贴在混凝土上的被测材料、与被测材料相连的疲劳机的基础上，通过添加第一压板和第二压板，该装置便可通过压板上的安装组件施加压力，不仅能够准确模拟在一定约束下双材料界面的滑移型断裂模式，而且能够在考虑压力的情况下准确的得到计算上述断裂模式的断裂能所需的各种关键参数。进一步的，基于确定的压力与断裂能的对应关系，可以修正断裂能计算公式，进而能够对实际夹层管产生准确的指导意义。附图说明图1为现有技术中一种双材料界面的断裂试验装置的结构示意图；图2为本申请实施方式中提供的一种正应力约束下的双材料界面的加载装置主视图；图3为本申请实施方式中提供的一种正应力约束下的双材料界面的加载装置俯视图；图4为本申请实施方式中提供的一种正应力约束下的双材料界面的加载装置左视图；图5为本申请实施方式中提供的基于正应力约束下的双材料界面的加载装置的试验方法的步骤流程图。附图标记说明：1、第一螺杆；2、第一支承块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，包括：/n纵长延伸的基块，沿着所述纵长延伸的方向，所述基块具有相对的第一端和第二端，在垂直于所述纵长延伸的方向上，所述基块具有相对的第一侧面和第二侧面；/n贴合在所述第一端的第一支承块，贴合在所述第二端的第二支承块；/n将所述第一支承块和所述第二支承块紧固在所述基块两端的第一安装组件；/n位于所述第一侧面的第一压板，位于所述第二侧面的第二压板，/n将所述第一压板和所述第二压板紧固在所述基块两侧的第二安装组件；/n所述第一压板与所述基块的第一侧面之间用于设置被测材料；所述被测材料具有伸出所述第一压板和所述基块的自由端；/n与所述被测材料的自由端相固定的疲劳机。/n

【技术特征摘要】
1.一种正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，包括：
纵长延伸的基块，沿着所述纵长延伸的方向，所述基块具有相对的第一端和第二端，在垂直于所述纵长延伸的方向上，所述基块具有相对的第一侧面和第二侧面；
贴合在所述第一端的第一支承块，贴合在所述第二端的第二支承块；
将所述第一支承块和所述第二支承块紧固在所述基块两端的第一安装组件；
位于所述第一侧面的第一压板，位于所述第二侧面的第二压板，
将所述第一压板和所述第二压板紧固在所述基块两侧的第二安装组件；
所述第一压板与所述基块的第一侧面之间用于设置被测材料；所述被测材料具有伸出所述第一压板和所述基块的自由端；
与所述被测材料的自由端相固定的疲劳机。


2.如权利要求1所述的正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，所述基块为混凝土块，所述被测材料通过浇筑粘贴的方式固定在所述混凝土块上。


3.如权利要求2所述的正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，所述被测材料为钢材或复材。


4.如权利要求3所述的正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，所述第一安装组件包括：第一螺杆以及与所述第一螺杆相匹配的第一螺母；所述第二安装组件包括：第二螺杆以及与所述第二螺杆相匹配的第二螺母。


5.如权利要求4所述的正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，还包括用于调节施加在所述被测材料上的压力的数显扭力扳手，所述数显扭力扳手作用在所述第一螺母、第二螺母上，转动所述第一螺母、第二螺母能用于调节施加于所述被测材料上的压力。


6.如权利要求5所述的正应力约束下的双材料界面的加载装置，其特征在于，所述混凝土块沿着纵长延伸的方向上具有相互平行的第一平面和第二平面，所述第一压板和所述第二压板与所述第一平面和所述第二平面相平行，所述第一螺杆和所述第二螺杆均与所述第一平面或所述第二平面相垂直。


7.一种基于权利要求6所述的正应力约束下的双材料界面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安峰辰，时飞，刘伟，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11