一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法技术

本发明专利技术涉及一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法，属于岩石材料动态断裂韧度测试技术领域。本发明专利技术测定不同应力作用下应力发光薄膜的发光强度，绘制发光强度

【技术实现步骤摘要】
一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法


[0001]本专利技术涉及一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法，属于岩石材料动态断裂韧度测试


技术介绍

[0002]在动态荷载作用下，岩石所表现出的抵抗裂纹起裂和扩展能力即为岩石动态断裂韧度，是表征岩石材料在高加载率的动态荷载下突发断裂失稳的一个重要阈值。作为岩石材料重要的物理力学性质之一，其广泛应用于含有裂隙岩体的爆破方案设计中，既为爆破设计提供了理论依据，也提高了爆破效率。
[0003]研究岩石动态断裂韧度的主要手段是冲击荷载和爆炸，国内外很多学者在冲击荷载方面做了大量研究，采用的方法主要有应变片法、高速摄影法和准静态法等。目前研究岩石材料动态断裂韧度大多采用SHPB测试系统，该系统在实际测试岩石材料动态断裂韧度时，操作步骤过多，易受到仪器的影响而造成较大的误差，且无法直接求得最大加载力。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对岩石材料动态断裂韧度测试中，如何缩减该系统操作步骤，提高测试的效率，快速求出岩石材料动态断裂韧度的问题，提出了一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法，即利用应力发光薄膜在不同载荷下发光强度的变化，建立发光强度
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应力函数关系，快速准确测量岩石材料动态断裂韧度时的最大加载力。
[0005]一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法，具体步骤如下：
[0006](1)利用紫外光填充应力发光薄膜10min以上，静置至余辉发光减弱,减小余晖对应力发光薄膜发光的干扰；然后，测定不同应力作用下应力发光薄膜的发光强度，绘制发光强度
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应力曲线，拟合后得到发光强度
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应力函数表达式；
[0007](2)将应力发光薄膜粘覆在直切槽半圆盘岩样表面；
[0008](3)校检动态应力平衡，调整至入射杆端面应力和反射杆端面应力重合；
[0009](4)将步骤(2)粘覆有应力发光薄膜的直切槽半圆盘岩样夹在入射杆和透射杆之间，试件预制裂纹与支撑件平行且位于两个支撑件中心；
[0010](5)利用紫外光填充应力发光薄膜10min以上，静置至余辉释放减弱；
[0011](6)调节气缸压力，发射撞击杆，岩样在受到冲击作用后发生破碎，测量应力发光薄膜整个过程的发光强度，记录最大发光强度；
[0012](7)根据步骤(1)的发光强度
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应力函数表达式和步骤(6)测量的最大发光强度，计算出岩样受到的最大加载力，求解出最大加载力对应的应力强度因子即为岩样的动态断裂韧度。
[0013]所述步骤(1)中应力发光薄膜的制备方法，具体步骤如下：
[0014]1)将SrCO3、Al2O3、Eu2O3和HBO3研磨混匀得到混合粉，混合粉经焙烧、冷却、研磨得到应力发光荧光粉；
[0015]2)将应力发光荧光粉、聚二甲基硅氧烷和固化剂混匀得到混合浆料，混合浆料均匀涂敷在试件表面，烘干得到应力发光薄膜。
[0016]优选的，所述步骤1)中SrCO3、Al2O3、Eu2O3的摩尔比为1:1.8～2.2:0.01～0.03，HBO3占前述三种物质总质量的2％～3％。
[0017]优选的，所述步骤1)中焙烧温度为1250～1350℃，焙烧时间为2～4h。
[0018]优选的，所述步骤2)中应力发光荧光粉(SrAl2O4:Eu
2+
)、PDMS主剂(聚二甲基硅氧烷)和固化剂的质量比为1:1.5～2.5:0.1～0.3。
[0019]优选的，所述步骤2)中的固化剂为道康宁生产的SYLGARD 184SILICONE ELASTOMER灌封胶/PDMS胶水。
[0020]所述应力发光薄膜的厚度为1～2mm。
[0021]所述步骤(2)直切槽半圆盘岩样直径为30mm～50mm，厚度为15mm～25mm，预制裂纹宽度不大于1mm且位于圆盘中心线处。
[0022]所述支撑件直径为2mm～3mm，2个支撑位置跨距是试样半径的1～1.6倍，两个支撑件平行度不大于0.02mm且中心线与试验杆轴心偏差不大于0.02mm。
[0023]所述紫外光波长为365nm。
[0024]直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试的原理：应力发光薄膜在受到外力作用时会释放光，通过测定不同荷载作用下应力发光薄膜的发光强度，绘制出发光强度
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应力曲线，拟合后得到发光强度
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应力函数表达式，因此，将应力发光薄膜粘覆在直切槽半圆盘岩样表面，岩样在受到外力作用后发生破碎，利用光谱仪记录应力发光薄膜整个过程的发光强度，找到最大发光强度，便可通过发光强度
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应力函数表达式计算出岩样受到的最大加载力，而最大加载力对应的应力强度因子即为岩样的动态起裂韧度。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026](1)本专利技术利用应力发光薄膜在不同载荷下发光强度的变化，建立发光强度
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应力函数关系，快速准确测量岩石材料动态断裂韧度时的最大加载力；
[0027](2)本专利技术直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法大大缩减了原有的SHPB测试系统的操作步骤，有效控制了应变片可能造成的误差，应力发光薄膜的荧光强度衰减极慢，有利于发光强度的测量，减小测量误差，提高岩石材料动态断裂韧度时的最大加载力的准确性；
[0028](3)本专利技术通过发光强度
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应力函数关系计算岩石材料动态断裂韧度时的最大加载力，可大幅降低现有SHPB测试系统最大加载力的测试难度，并通过计算的最大加载力计算出对应的应力强度因子即岩样的动态断裂韧度，为直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度测试提供新方法。
附图说明
[0029]图1为测试应力发光薄膜发光强度的装置示意图；
[0030]图2为SHPB装置加载岩样示意图；
[0031]图3为试件构型尺寸图；
[0032]图4为实施例1应力发光薄膜发光强度与外力大小的光谱图；
[0033]图5为实施例1应力发光薄膜发光强度与外力大小的拟合曲线；
[0034]图6为实施例1应力发光薄膜整个过程的发光强度；
[0035]图7为实施例2应力发光薄膜整个过程的发光强度；
[0036]图8为实施例3应力发光薄膜整个过程的发光强度；
[0037]图中标号：1
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光谱仪、2
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冲击力传感器、3
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PMT光倍电增管、4
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光谱分析软件、5
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光纤6
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发射机构、7
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撞击杆、8
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入射杆、9
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岩样、10
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透射杆、11
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吸收杆、12
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吸收器、13
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支撑件、14
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应力发光薄膜。
具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)利用紫外光填充应力发光薄膜10min以上，静置至余辉释放减弱；然后，测定不同应力作用下应力发光薄膜的发光强度，绘制发光强度
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应力曲线，拟合后得到发光强度
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应力函数表达式；(2)将应力发光薄膜粘覆在直切槽半圆盘岩样表面；(3)校检动态应力平衡，调整至入射杆端面应力和反射杆端面应力重合；(4)将步骤(2)粘覆有应力发光薄膜的直切槽半圆盘岩样夹在入射杆和透射杆之间，试件预制裂纹与支撑件平行且位于两个支撑件中心；(5)利用紫外光填充应力发光薄膜10min以上，静置至余辉释放减弱；(6)调节气缸压力，发射撞击杆，岩样在受到冲击作用后发生破碎，测量测量应力发光薄膜整个过程的发光强度，记录最大发光强度；(7)根据步骤(1)的发光强度
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应力函数表达式和步骤(6)测量的最大发光强度，计算出岩样受到的最大加载力，求解出最大加载力对应的应力强度因子即为岩样的动态断裂韧度。2.根据权利要求1所述直切槽半圆盘岩样动态断裂韧度光学测试方法，其特征在于：步骤(1)中应力发光薄膜的制备方法，具体步骤如下：1)将SrCO3、Al2O3、Eu2O3和HBO3研磨混匀得到混合粉，混合粉经焙烧、冷却、研磨得到应力发光荧光粉；2)将应力发光荧光粉、聚二甲基硅氧烷和固化剂混匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥龙，黄武虎，李光全，左庭，李在利，武永博，段应明，王建国，侯德峰，张智宇，黄永辉，李洪超，刘代源，巴怀强，
申请(专利权)人：玉溪矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：