[发明专利]动态加载光测-电测混合实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种动态加载光测‑电测混合实验系统及方法，包括光源器(1)，滤波片(2)，扩束镜(3)，凸透镜1(4)，偏振片1(5)，四分之一波片1(6)，试件加载台(7)，分光镜(9)，四分之一波片2(10)，偏振片2(11)，凸透镜2(12)，凸透镜3(13)，高速相机1(14)，高速相机2(15)，超动态应变仪(21)，数据采集仪(22)，桥盒(16‑20)，触发应变片(25)，应变片，信号线；该系统将透射式光弹法，透射式焦散线法，数字散斑法以及电测法这四种方法有效地结合在一起，综合了光测法及软件计算的优点，能够同时准确地获得动态条件下裂纹运动全过程的应变，动态应力强度因子，裂纹起裂韧度变化，起裂、扩展、止裂速度以及动态能量释放率等。通过对四种方法同时测得的实验结果进行对比分析，能够更加精准、全面、系统和科学地研究各种动态加载条件下样本瞬态破坏的裂纹扩展规律。

技术领域

本发明涉及实验力学专业领域的动态断裂力学实验方法，尤其涉及动态加载下裂纹的起裂、扩展及相互干涉全过程的研究。

背景技术

在轨道交通工程、隧道工程以及矿山开采工程等工程项目中，工程材料的稳定性对工程的安全有着十分重要的影响。工程材料的动态破坏在多重条件作用下是一个多变且复杂的过程。研究材料在动态条件下的破坏机理，分析裂纹起裂扩展的应力应变场以及起裂韧度、扩展韧度等多项力学参数，总结动态加载下材料的动态断裂力学特性，能够为今后的工程实践提供良好的理论基础。

实验室常见的动态加载方式包括落锤加载、霍普金森杆冲击以及爆破加载等。其中，落锤加载简单方便，可操作性强且易于进行重复性实验。目前国内外学者对各种材料的动态断裂特性研究已经取得一定成果，然而对岩石等材料在受损前至完全破坏的动态断裂机理尚未完全清楚。一方面受制于岩石或岩石类材料的自身特性，如不透光性；另一方面，单独使用某一种实验方法研究材料的断裂特征具有片面性，不能获得充足的实验数据，且动态破坏过程具有瞬时性，不易捕捉，更不易分析。透射式光弹法及透射式焦散线法都能直观地观测到裂纹的扩展及裂纹尖端应力应变场，其缺点在于研究材料需具备良好的透光性。电测法及数字散斑法对试件能否透光的特性要求不高，通过计算机计算可以快速获得应变场位移场，却无法直接观测到裂尖位置，具有较大的误差。本系统将上述四种方法结合，合理运用四种方法的优点，能够获得多种实验数据，进行综合比对及分析，对动态断裂力学的实验研究发展有着重大的意义。

发明内容

本发明公开了一种动态加载光测-电测混合实验系统及方法，该系统将透射式光弹法，透射式焦散线法，数字散斑法以及电测法这四种方法有效地结合在一起，综合了光测法及软件计算的优点，能够同时准确地获得动态加载条件下裂纹运动全过程的动态应力应变曲线，动态应力强度因子，裂纹起裂韧度变化，起裂、扩展、止裂速度以及动态能量释放率等。通过对四种方法同时测得的实验结果进行对比分析，能够更加精准、全面、系统和科学地研究各种动态加载条件下样本瞬态破坏的裂纹扩展规律。

本发明具体内容如下：

一种动态加载光测-电测混合实验系统，包括光源器(1)，滤波片(2)，扩束镜(3)，凸透镜1(4)，偏振片1(5)，四分之一波片1(6)，试件加载台(7)，分光镜(9)，四分之一波片2(10)，偏振片2(11)，凸透镜2(12)，凸透镜3(13)，高速相机1(14)，高速相机2(15)，超动态应变仪(21)，数据采集仪(22)，桥盒(16-20)，触发应变片(25)，试件(27)，应变片，信号线。