基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备。所述方法包括：对第三岩石试样进行压裂，获取破裂过程的照片，得到若干加载时刻第三岩石试样的全场应变的图像，根据所述图像得到第一裂纹尖端断裂过程区范围；将第一岩石试样分为若干岩石试样，对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，得到所述一岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息；若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，则所述任二纳米压痕点间的区域为第二裂纹尖端断裂过程区范围。本发明专利技术可以通过实验定量地确定材料被破坏过程中裂纹尖端断裂过程区域的范围。

【技术实现步骤摘要】
基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备
本专利技术实施例涉及岩石断裂力学
，尤其涉及一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备。
技术介绍
岩石在外力或地应力的作用下会发生裂纹的起裂与扩展，当岩石材料中裂纹起裂所导致的损伤累积到一定程度时，岩石将会发生失稳破坏，这常常会导致事故的发生。当材料应力达到或超过其承载能力时，材料就会发生破坏，当前对于断裂过程区的研究针对材料性质变化的研究较少。因此，开发一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备，可以有效填补上述相关技术中的技术空白，就成为业界亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术实施例提供了一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备。第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，包括：对第三岩石试样进行压裂，获取破裂过程的照片，得到若干加载时刻第三岩石试样的全场应变的图像，根据所述图像得到第一裂纹尖端断裂过程区范围；将第一岩石试样分为若干岩石试样，对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，得到所述一岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息；若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，则所述任二纳米压痕点间的区域为第二裂纹尖端断裂过程区范围。在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，所述对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，包括：<br>其中，FC为起裂载荷；Fi为所述若干岩石试样中的第i岩石试样；m为第二岩石试样分成的试样份数。在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，所述若干纳米压痕点的压痕信息包括压痕模量，相应的，所述压痕模量为：其中，E为压痕模量；S为卸载曲线刚度；A为接触面积。在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，所述若干纳米压痕点的压痕信息包括压痕硬度，相应的，所述压痕硬度为：其中，H为压痕硬度；Pmax为峰值压痕载荷；Ac为峰值压痕载荷对应的接触面积。在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，所述若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，包括：所述任二纳米压痕点的压痕模量的差距超出模量预设阈值。在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，所述若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，包括：所述任二纳米压痕点的压痕硬度的差距超出硬度预设阈值。在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，在所述对第三岩石试样进行压裂之前，还包括：将岩石材料进行划分，得到第一岩石试样和第二岩石试样，将第二岩石试样黑白化，得到第三岩石试样。第二方面，本专利技术的实施例提供了一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定装置，包括：第一裂纹尖端断裂过程区范围模块，用于对第三岩石试样进行压裂，获取破裂过程的照片，得到若干加载时刻第三岩石试样的全场应变的图像，根据所述图像得到第一裂纹尖端断裂过程区范围；压痕信息模块，用于将第一岩石试样分为若干岩石试样，对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，得到所述一岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息；第二裂纹尖端断裂过程区范围模块，用于若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，则所述任二纳米压痕点间的区域为第二裂纹尖端断裂过程区范围。第三方面，本专利技术的实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法。第四方面，本专利技术的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法。本专利技术实施例提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法及设备，通过首先获取一个大致的裂纹尖端断裂过程区范围，在此基础上对岩石试样施加起裂载荷，得到岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息，根据若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距确定精确的裂纹尖端断裂过程区范围，可以通过实验定量地确定材料被破坏过程中裂纹尖端断裂过程区域的范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定装置结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的电子设备的实体结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的监控点应变随加载时间的变化曲线示意图；图5为本专利技术实施例提供的卸载曲线荷载变化量与压痕深度变化量示意图；图6为本专利技术实施例提供的压头在荷载下的穿透深度示意图；图7为本专利技术实施例提供的纳米压痕测试点及其荷载压痕深度曲线示意图；图8为本专利技术实施例提供的岩石试样表面黑白化处理效果示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术实施例提供了一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，参见图1，该方法包括：对第三岩石试样进行压裂，获取破裂过程的照片，得到若干加载时刻第三岩石试样的全场应变的图像，根据所述图像得到第一裂纹尖端断裂过程区范围；将第一岩石试样分为若干岩石试样，对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，得到所述一岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息；若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，则所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，其特征在于，包括：对第三岩石试样进行压裂，获取破裂过程的照片，得到若干加载时刻第三岩石试样的全场应变的图像，根据所述图像得到第一裂纹尖端断裂过程区范围；将第一岩石试样分为若干岩石试样，对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，得到所述一岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息；若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，则所述任二纳米压痕点间的区域为第二裂纹尖端断裂过程区范围。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，其特征在于，包括：对第三岩石试样进行压裂，获取破裂过程的照片，得到若干加载时刻第三岩石试样的全场应变的图像，根据所述图像得到第一裂纹尖端断裂过程区范围；将第一岩石试样分为若干岩石试样，对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，得到所述一岩石试样的若干纳米压痕点的压痕信息；若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，则所述任二纳米压痕点间的区域为第二裂纹尖端断裂过程区范围。


2.根据权利要求1所述的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，其特征在于，所述对所述若干岩石试样中的一岩石试样施加起裂载荷，包括：



其中，FC为起裂载荷；Fi为所述若干岩石试样中的第i岩石试样；m为第二岩石试样分成的试样份数。


3.根据权利要求1所述的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，其特征在于，所述若干纳米压痕点的压痕信息包括压痕模量，相应的，所述压痕模量为：



其中，E为压痕模量；S为卸载曲线刚度；A为接触面积。


4.根据权利要求1所述的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，其特征在于，所述若干纳米压痕点的压痕信息包括压痕硬度，相应的，所述压痕硬度为：



其中，H为压痕硬度；Pmax为峰值压痕载荷；Ac为峰值压痕载荷对应的接触面积。


5.根据权利要求3所述的基于纳米压痕的裂纹尖端断裂过程区域确定方法，其特征在于，所述若所述若干纳米压痕点中任二纳米压痕点的压痕信息的差距超出预设阈值，包括：所述任二纳米压痕点的压痕模量的差距超出模量预设阈值。

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，傅帅旸，刘黎旺，周俊，李晓锋，吴迪，王犇，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42