[发明专利]一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法

权利要求书

1.一种用于测试完整试样和结构面动态剪切强度的方法；其特征在于，包括以下步骤：

1)、制作圆筒形凹凸剪切夹具一副，所述圆筒形凹凸剪切夹具内径及其制作材料均与霍普金森压杆的直径和材料相同，所述圆筒形凹凸剪切夹具外径略大于霍普金森压杆直径，所述圆筒形凹凸剪切夹具的长度分别为霍普金森压杆直径的1～2倍，所述圆筒形凹凸剪切夹具分为圆筒形凹面剪切夹具和圆筒形凸面剪切夹具，所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度以及所述圆筒形凸面剪切夹具凸出长度分别为测试试样长度的1/3～1/10；

2)、将步骤1所述圆筒形凹面剪切夹具安装在安放测试试样的霍普金森压杆系统的透射杆一端；所述圆筒形凸面剪切夹具安装在安放测试试样的霍普金森压杆系统的入射杆一端；

3)、制作方形带凹槽双面剪切试样，所述试样长度宜与霍普金森压杆直径相当，所述试样凹槽深度与步骤1所述圆筒形凹面剪切夹具凹槽深度一致，将试样凹槽两侧的透射杆侧承载端嵌入步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具的凹槽加载端中；

4)、根据测试试样的长度和加载力的大小制作螺栓加载装置一副，并利用固定肋条将其与步骤2所述圆筒形凹面剪切夹具连接形成一体结构；

5)、利用步骤4所述螺栓加载装置，通过拧动加压螺母给步骤3所述方形带凹槽双面剪切试样两侧施加法向压力，通过安装在步骤4所述螺栓加载装置内部的法向压力测试传感器即可获取施加于方形带凹槽双面剪切试样两侧法向压力的大小；

6)、将步骤2所述安置于入射杆上凸面剪切夹具的凸面加载端与步骤5所述方形带凹槽双面剪切试样的入射杆侧承载面紧密的接合在一起，以待动态加载；

7)、利用压缩气体驱动霍普金森压杆系统的撞击杆撞击步骤2所述入射杆的撞击端部以对步骤6所述方形带凹槽双面剪切试样施加动态冲击荷载；

8)、利用粘贴在霍普金森压杆杆件中心处的应变片可获取作用于双面剪切试样两端的动态荷载信号；根据一维弹性波理论，当作用于双面剪切试样两端动态荷载达到平衡时，可按以下公式计算双面剪切试样的动态剪切强度τ(t)：

式中：E、A分别为霍普金森压杆杆件的弹性模量和横截面积，ε_I为入射杆上监测的入射应变信号，ε_R为入射杆上监测的反射应变信号，ε_T为透射杆上监测的透射应变信号，A_S为双面剪切试样的单侧剪切面面积。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样是剪切加载面连续的完整试样或是剪切加载面不连续的结构面试样。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切面两端都预切割一相同厚度和长度的裂纹面，以便于加载中剪切裂纹的形成和发展。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是利用法向压力测试传感器测量出所述步骤4中螺栓加载装置施加于所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样两侧的法向压力。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤7中霍普金森压杆的撞击杆是与入射杆和透射杆等径的圆柱杆；或是如纺锤形撞击杆的变截面杆。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是若撞击杆是等径圆柱杆，则需在入射杆冲击端粘贴一个整形器，撞击杆在撞击入射杆前先与整形器接触；若撞击杆是变截面杆，则无需粘贴整形器，撞击杆直接与入射杆撞击端接触。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是利用超高速摄影仪观测所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切面内剪切裂纹的起裂，扩展和贯通全过程；高速摄影仪采用自动触发方式，其自动触发信号来自所述步骤8中入射杆中心处应变片监测的入射应变信号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是利用数字图像处理技术获取所述步骤3中方形带凹槽双面剪切试样的剪切面内剪切应变场的演化过程，用于分析剪切破坏机制。

9.如权利要求1所述的方法，其特征是通过调节并控制所述步骤7中撞击杆驱动压缩空气的压力大小，获取应变率为10¹～10⁴s^-1之间的完整试样或结构面试样在不同法向压力作用下的动态剪切强度。