基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置及其试验方法，基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置包括发射装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和测量系统，发射装置用于发射子弹并通过撞击杆撞击入射杆，入射杆、透射杆和吸收杆三者同轴设置，入射杆与透射杆之间留有间隙，吸收杆贴合在透射杆的一端，测量系统用于捕捉入射杆和透射杆的冲击效果，入射杆的一端连接有折弯杆，透射杆上连接有岩样折冲杆，岩样折冲杆的一端开设有用于放置试样的卡槽，岩样折冲杆上还开设有供折弯杆伸入的避让槽，避让槽与卡槽相连通；优点是试验可靠且试验效果较好。

【技术实现步骤摘要】
基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置及其试验方法
本专利技术涉及岩石性能测试
，尤其涉及到一种基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置及其试验方法。
技术介绍
针对岩石动态抗压和抗拉试验的研究主要采用霍普金森压杆系统，又称SHPB系统，该系统主要包括发射装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆、超动态应变仪、示波器等数据采集处理装置，通过贴在入射杆上的应变片记录下入射脉冲和反射脉冲信号，而贴在透射杆上的应变片记录下透射脉冲信号，在此基础上基于一维应力波理论即可得到材料的相关动态力学性能数据，但是该系统在岩石的动态抗折试验方面未得到拓展应用。由于在工程项目建设过程中，存在长径比较大的工程构件，例如建筑中的梁构件、桥梁中的桩等，其破坏的薄弱点在于折断，丧失使用功能。基础设施建成运营后，将受到更多的动荷载冲击，现有的静力学抗折试验显然已经不能满足实际工程的需求，因此，为服务国家服务经济建设主战场，开发一套开展岩石动态抗折试验的装置具有显著的现实意义。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置及其试验方法，其试验可靠且试验效果较好。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，包括发射装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和测量系统，所述的发射装置用于发射子弹并通过所述的撞击杆撞击所述的入射杆，所述的入射杆、所述的透射杆和所述的吸收杆三者同轴设置，所述的入射杆与所述的透射杆之间留有间隙，所述的吸收杆贴合在所述的透射杆的一端，所述的测量系统用于捕捉所述的入射杆和所述的透射杆的冲击效果，所述的入射杆的一端连接有折弯杆，所述的透射杆上连接有岩样折冲杆，所述的岩样折冲杆的一端开设有用于放置试样的卡槽，所述的岩样折冲杆上还开设有供所述的折弯杆伸入的避让槽，所述的避让槽与所述的卡槽相连通。所述的折弯杆的直径与所述的岩样折冲杆的直径相等，所述的折弯杆的长度与所述的岩样折冲杆的长度相等，所述的折弯杆的一端具有楔形头，所述的楔形头的两侧分别开设有弓形面，所述的弓形面的弦高为所述的折弯杆长度的1/4-1/2。该结构中，折弯杆与岩样折冲杆规格相同，利于加工制造，节省制造成本，折弯杆的一端具有的楔形头，当与试样接触时，能使试样折弯进入到避让槽中，便于试验。所述的避让槽的宽度为所述的岩样折冲杆直径的1/3-2/5，所述的避让槽的深度为所述的岩样折冲杆长度的1/4-1/2。其好处在于与折弯杆相适配，利于楔形头顺畅平稳进入到避让槽中。所述的折弯杆与所述的入射杆之间设置有第一锁紧组件。该结构中，第一锁紧组件的设置利于折弯杆与入射杆快速拆装，且两者之间连接较为牢靠。所述的第一锁紧组件包括第一抱箍和第二抱箍，所述的第一抱箍紧贴在所述的折弯杆的上侧壁与所述的入射杆的上侧壁之间，所述的第二抱箍紧贴在所述的折弯杆的下侧壁与所述的入射杆的下侧壁之间，所述的第一抱箍和所述的第二抱箍之间通过第一锁紧螺栓固定。该结构中，当需要将折弯杆安装到入射杆上时，首先将折弯杆与入射杆对接，然后依次安装第一抱箍和第二抱箍，最后通过第一锁紧螺栓将第一抱箍和第二抱箍锁死，从而实现折弯杆与入射杆之间的可靠连接。所述的透射杆与所述的岩样折冲杆之间设置有第二锁紧组件。该结构中，第二锁紧组件的设置利于岩样折冲杆与透射杆快速拆装，且两者之间连接较为牢靠。所述的第二锁紧组件包括第三抱箍和第四抱箍，所述的第三抱箍紧贴在所述的透射杆的上侧壁与所述的岩样折冲杆的上侧壁之间，所述的第四抱箍紧贴在所述的透射杆的下侧壁与所述的岩样折冲杆的下侧壁之间，所述的第三抱箍和所述的第四抱箍之间通过第二锁紧螺栓固定。该结构中，当需要将岩样折冲杆安装到透射杆上时，首先将岩样折冲杆与透射杆对接，然后依次安装第三抱箍和第四抱箍，最后通过第二锁紧螺栓将第三抱箍和第四抱箍锁死，从而实现岩样折冲杆与透射杆之间的可靠连接。所述的测量系统包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片、高速摄像机、第一超动态应变仪和第二超动态应变仪，所述的第一应变片安装在所述的入射杆上，所述的第二应变片安装在所述的透射杆上，所述的第三应变片安装在所述的折弯杆上，所述的第四应变片安装在所述的岩样折冲杆上，所述的高速摄像机记录整个子弹发射撞击试样时，试样的破坏过程，所述的第一超动态应变仪分别与所述的第一应变片和所述的第二应变片电连接，所述的第二超动态应变仪分别与所述的第三应变片和所述的第四应变片电连接。其好处在于能准确记录试验结果。所述的入射杆与所述的折弯杆之间涂抹有凡士林，所述的透射杆与所述的岩样折冲杆之间也涂抹有凡士林。这样使得冲击波更好传递。本专利技术还公开了一种基于SHPB系统的岩石动态抗折试验方法，利用基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，包括如下步骤，S1：通过第一应变片测得霍普金森压杆的入射应变的第一电压时程曲线Vi1，通过第二应变片分别测得霍普金森压杆透射应变的第二电压时程曲线Vt1，通过第三应变片测得霍普金森压杆的入射应变的第三电压时程曲线Vi2，通过第四应变片分别测得霍普金森压杆透射应变的第四电压时程曲线Vt2；S2：将第一电压时程曲线Vi1除以放大系数C得到霍普金森压杆的入射应变的第一时程曲线εi1，将第二电压时程曲线Vt1除以放大系数C得到霍普金森压杆的透射应变的第二时程曲线εt1，将第三电压时程曲线Vi2除以放大系数C得到霍普金森压杆的入射应变的第三时程曲线εi2，将第四电压时程曲线Vt2除以放大系数C得到霍普金森压杆的透射应变的第四时程曲线εt2，然后再将第一时程曲线εi1与第三时程曲线εi2相比较，得到转化系数ηi，将第二时程曲线εt1与第四时程曲线εt2相比较，得到转化系数ηt，取ηi与ηt中较大的值除以另一个较小的值，若两者的比值在1-1.2之间，则转至步骤S3，若超过此范围，则重新安装折弯杆与岩样折冲杆，直至满足要求；S3：在正式实验前，验证入射杆和透射杆满足一维应力波条件σi(t)+σr(t)＝σt(t)的霍普金森压杆，其中：σi(t)表示入射应力，σr(t)表示反射应力，σt(t)表示透射应力；S4：发射装置用于发射子弹并通过撞击杆撞击入射杆，对试样进行加载，使其应变率在102～103s-1之间；S5：通过设置在第一应变片和第二应变片测得霍普金森压杆内的入射波和透射波，并根据下列公式计算平均应变和平均应力得到材料的动态应力-应变关系，式中：c为纵波波速m/s；ls为试样长度m；εi为入射应变，矢量；εr为反射应变，矢量；εt为透射应变，矢量；A为杆件横截面积m2；AS为试样受冲击面积m2；E为杆件弹性模量GPa；S6：根据下列公式计算得到试样的动态抗折弹性模量，其中Edz为动态抗折弹性模量，P(t)max为冲击荷载P(t)的最大值，L为试样的长度mm，b试样截面宽度mm，h为试样截面高度mm，冲击荷载P(t)计算采用下列公式，其中；εi为入射应变，矢量；εr为反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，包括发射装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和测量系统，所述的发射装置用于发射子弹并通过所述的撞击杆撞击所述的入射杆，所述的入射杆、所述的透射杆和所述的吸收杆三者同轴设置，所述的入射杆与所述的透射杆之间留有间隙，所述的吸收杆贴合在所述的透射杆的一端，所述的测量系统用于捕捉所述的入射杆和所述的透射杆的冲击效果，其特征在于：所述的入射杆的一端连接有折弯杆，所述的透射杆上连接有岩样折冲杆，所述的岩样折冲杆的一端开设有用于放置试样的卡槽，所述的岩样折冲杆上还开设有供所述的折弯杆伸入的避让槽，所述的避让槽与所述的卡槽相连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，包括发射装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和测量系统，所述的发射装置用于发射子弹并通过所述的撞击杆撞击所述的入射杆，所述的入射杆、所述的透射杆和所述的吸收杆三者同轴设置，所述的入射杆与所述的透射杆之间留有间隙，所述的吸收杆贴合在所述的透射杆的一端，所述的测量系统用于捕捉所述的入射杆和所述的透射杆的冲击效果，其特征在于：所述的入射杆的一端连接有折弯杆，所述的透射杆上连接有岩样折冲杆，所述的岩样折冲杆的一端开设有用于放置试样的卡槽，所述的岩样折冲杆上还开设有供所述的折弯杆伸入的避让槽，所述的避让槽与所述的卡槽相连通。


2.根据权利要求1所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的折弯杆的直径与所述的岩样折冲杆的直径相等，所述的折弯杆的长度与所述的岩样折冲杆的长度相等，所述的折弯杆的一端具有楔形头，所述的楔形头的两侧分别开设有弓形面，所述的弓形面的弦高为所述的折弯杆长度的1/4-1/2。


3.根据权利要求2所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的避让槽的宽度为所述的岩样折冲杆直径的1/3-2/5，所述的避让槽的深度为所述的岩样折冲杆长度的1/4-1/2。


4.根据权利要求3所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的折弯杆与所述的入射杆之间设置有第一锁紧组件。


5.根据权利要求4所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的第一锁紧组件包括第一抱箍和第二抱箍，所述的第一抱箍紧贴在所述的折弯杆的上侧壁与所述的入射杆的上侧壁之间，所述的第二抱箍紧贴在所述的折弯杆的下侧壁与所述的入射杆的下侧壁之间，所述的第一抱箍和所述的第二抱箍之间通过第一锁紧螺栓固定。


6.根据权利要求3所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的透射杆与所述的岩样折冲杆之间设置有第二锁紧组件。


7.根据权利要求6所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的第二锁紧组件包括第三抱箍和第四抱箍，所述的第三抱箍紧贴在所述的透射杆的上侧壁与所述的岩样折冲杆的上侧壁之间，所述的第四抱箍紧贴在所述的透射杆的下侧壁与所述的岩样折冲杆的下侧壁之间，所述的第三抱箍和所述的第四抱箍之间通过第二锁紧螺栓固定。


8.根据权利要求6所述的基于SHPB系统的岩石动态抗折试验装置，其特征在于：所述的测量系统包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片、高速摄像机、第一超动态应变仪和第二超动态应变仪，所述的第一应变片安装在所述的入射杆上，所述的第二应变片安装在所述的透射杆上，所述的第三应变片安装在所述的折弯杆上，所述的第四应变片安装在所述的岩样折冲杆上，所述的高速摄像机记录整个子弹发射撞击试样时，试样的破坏过程，所述的第一超动态应变仪分别与所述的第一应变片和所述的第二应变片电连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许江波，孙浩珲，赵丹妮，裴润生，余洋林，骆永震，曹宝花，孙国政，祁玉，吴雄，侯鑫敏，晏长根，包含，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61