一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置與方法，裝置包括子彈，入射桿，透射桿，阻尼器，動態(tài)應(yīng)變儀，波形存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，巴西圓盤試件。入射桿，透射桿與阻尼器通過螺栓固定在支座上方，支座放置在混凝土平臺上。子彈、入射桿、透射桿、阻尼器依次成直線排列。巴西圓盤試件夾在入射桿與透射桿之間。動態(tài)應(yīng)變儀通過導(dǎo)線與應(yīng)變片相連，應(yīng)變片粘貼于入射桿、透射桿及巴西圓盤試件中部。波形存儲器通過導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀相連。方法采用應(yīng)用在巖石拉伸性能測試的平臺巴西圓盤方法，該方法易于實(shí)施，避免了施力點(diǎn)處先壓碎的不合理破壞模式，提高了試驗(yàn)結(jié)果的精度。為研究水泥基材料等脆性材料的動態(tài)力學(xué)性能及變化規(guī)律打下基礎(chǔ)。
【專利說明】一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種測定水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置與方法，是基于Hopkinson壓桿裝置的巴西平臺圓盤試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]水泥基材料是土木工程中應(yīng)用最廣泛的建筑材料，它不僅承受靜荷載的作用，還要承受地震，爆炸，沖擊等動荷載的影響，因此充分研究水泥基材料在不同加載速率下的力學(xué)性能對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。Hopkinson壓桿裝置是測量材料在IO2/s-104/s應(yīng)變率范圍內(nèi)的主要裝置，水泥基材料的拉伸試驗(yàn)包括軸拉，劈拉和彎拉三種加載方式，采用劈拉法來研究材料的力學(xué)特性最為經(jīng)濟(jì)方便，且其強(qiáng)度值也與真實(shí)抗拉強(qiáng)度最為接近。通?；贖opkinson壓桿裝置采用巴西圓盤法來研究水泥基材料的動態(tài)劈拉力學(xué)特性。
[0003]目前測定水泥基材料的劈拉強(qiáng)度的方法多采用集中力加載與圓弧墊塊加載，由于試驗(yàn)精度的限制，墊塊與試件之間不易保持線性接觸，且施力點(diǎn)處易發(fā)生應(yīng)力集中導(dǎo)致試件未達(dá)到破壞強(qiáng)度就被壓碎，嚴(yán)重影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確分析，未能反映水泥基材料真實(shí)的力學(xué)特性。因此，研發(fā)一種較精確的測定水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置與方法對于全面探索混凝土動態(tài)拉伸特性，制定標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)劈拉試驗(yàn)方案具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供了一種更為有效的測量水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置與方法。
[0005]一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置，包括子彈，入射桿，透射桿，阻尼器，動態(tài)應(yīng)變儀，波形存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，巴西圓盤試件。其特征是:入射桿，透射桿與阻尼器通過螺栓固定在支座上方，支座放置在混凝土平臺上。子彈、入射桿、透射桿、阻尼器依次成直線排列。巴西圓盤試件夾在入射桿與透射桿之間。動態(tài)應(yīng)變儀通過導(dǎo)線與應(yīng)變片相連，應(yīng)變片粘貼于入射桿、透射桿及巴西圓盤試件中部。波形存儲器通過導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀相連，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過導(dǎo)線與波形存儲器相連。
[0006]所述的子彈放置在炮管中，通過充氣來發(fā)射。所述的入射桿與透射桿可在支座上移動，中心處貼有上下對稱的應(yīng)變片，應(yīng)變片串聯(lián)可以消除彎曲效應(yīng)。所述的阻尼器可以減緩子彈對桿端的沖擊。所述的動態(tài)應(yīng)變儀可以對材料的變形進(jìn)行動態(tài)測量。所述的波形存儲器用來記錄試驗(yàn)中產(chǎn)生的入射波反射波與透射波。所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用來對記錄的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變情況。所述的水泥基材料平臺巴西圓盤試樣的試件直徑為74mm,厚度為30mm,兩端磨平,采用20°的平臺角來保證中心起裂,可改善施力處的應(yīng)力集中。試件正反兩面中心處垂直于加載方向均貼有應(yīng)變片，應(yīng)變儀記錄結(jié)果取平均值。平臺巴西圓盤試件中心處的應(yīng)力分量為:
【權(quán)利要求】
1.一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置，包括子彈，入射桿，透射桿，阻尼器，動態(tài)應(yīng)變儀，波形存儲器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，巴西圓盤試件，其特征在于:入射桿，透射桿與阻尼器通過螺栓固定在支座上方，支座放置在混凝土平臺上，子彈、入射桿、透射桿、阻尼器依次成直線排列，巴西圓盤試件夾在入射桿與透射桿之間，動態(tài)應(yīng)變儀通過導(dǎo)線與應(yīng)變片相連，應(yīng)變片粘貼于入射桿、透射桿及巴西圓盤試件中部，波形存儲器通過導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀相連，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過導(dǎo)線與波形存儲器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的子彈放置在炮管中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的巴西圓盤試件直徑為74mm,厚度為30mm。
4.基于權(quán)利要求1所述的一種水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟: 1)準(zhǔn)備試件，試件直徑為74mm，厚度為30mm，兩端磨平，采用20°的平臺角來保證中心起裂，將加工好的具有上述尺寸的試件正反兩面垂直于磨平面貼好應(yīng)變片，用導(dǎo)線通過橋盒接入應(yīng)變儀； 2)調(diào)整Hopkinson壓桿裝置，調(diào)整支座螺栓，使入射桿和透射桿水平，與子彈成一條直線，并將直徑為20_，厚度為1_的紫銅片作為整形器貼在入射桿的前端； 3)安裝試件，將準(zhǔn)備好的巴西圓盤試件夾在入射桿與透射桿之間，試件磨平面涂抹凡士林，啟動示波器，將應(yīng)變儀通道數(shù)據(jù)歸零； 4)加載，打開氮?dú)忾y門，通過控制氣壓使子彈產(chǎn)生不同的沖擊速度撞擊入射桿； 5)數(shù)據(jù)處理，通過數(shù)字示波器記錄入射波，反射波及透射波的信號，再將三個(gè)波形提取出分析即可得到試件的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和加載應(yīng)變率； 6)調(diào)整加載速率，重復(fù)步驟1-步驟5，從而得出不同應(yīng)變率情形下的水泥基材料動態(tài)劈拉力學(xué)性能的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，進(jìn)而可以研究水泥基材料的應(yīng)變率效應(yīng)。
【文檔編號】G01N3/36GK103760044SQ201310539366
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】周繼凱, 陳徐東, 金龍, 黃俊凱, 錢萍萍, 丁寧, 王石付 申請人:河海大學(xué)