[发明专利]用于霍普金森压杆试验系统的声波测试装置及测试方法

说明书

本发明的目的是提供一种可以在原位状态下测试岩石、混凝土等固体材料破坏过程中的动态损伤演化的装置，提供了一种用于霍普金森压杆试验系统的声波测试装置及测试方法，属于冲击动力学领域和声波测试技术领域。本发明的声波测试装置包括测试体、声波发射器、声波接收器、声波仪及数据处理系统，所述测试体为空心圆柱状，测试体的一端插入霍普金森入射杆，另一端插入霍普金森透射杆，测试体侧壁一半镶嵌有数个声波发射器、另一半镶嵌有数个声波接收器；声波仪分别与声波发射器和声波接收器连接；数据处理系统与声波仪连接。本装置能够动态发射和接收固体材料受冲击破坏时的超声波信号，从而构建受冲击破坏的固体材料的三维立体动态损伤演化模型。

技术领域

本发明属于冲击动力学领域和声波测试技术领域，特别涉及一种用于霍普金森压杆试验系统的声波测试装置及测试方法。

背景技术

岩石、混凝土等固体材料内部包含着大量的孔洞、节理、裂隙等缺陷，研究岩石、混凝土等材料在动态冲击加载下的损伤破坏规律能更好的分析其动力学特性，了解固体材料的动态损伤演化过程有助于分析岩石的破坏规律及声波的传播与衰减规律。

现有的分析固体材料内部结构损伤的技术方法主要是基于霍普金森压杆冲击试验前后，首先对试样进行冲击试验，之后取完整试样利用CT扫描或核磁共振等来标定岩石、混凝土等固体材料试验前后的损伤表征动态损伤，这类方法存在以下缺点：冲击试验之后的试样损伤测定并不能完全的代表岩石、混凝土等材料的动态损伤，不能得到试样受冲击破坏过程中的动态损伤，且试样受冲击破坏易飞散、不能保证完整的试样进行损伤测定；试样在搬离、处理等操作过程中还容易造成试样二次损伤或破坏。因此，为了进一步研究原位状态下试样受冲击破坏过程的动态损伤，仅采用以上技术是无法实现的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在原位状态下测试岩石、混凝土等固体材料动态冲击损伤演化过程的装置，提供了一种用于霍普金森压杆试验系统的声波测试装置及测试方法。本发明的装置能够动态发射和接收固体材料受冲击破坏时的超声波信号，从而构建受冲击破坏的固体材料的三维立体动态损伤演化模型。

本发明的技术方案之一是，一种用于霍普金森压杆试验系统的声波测试装置，包括测试体、声波发射器、声波接收器、声波仪及数据处理系统，所述测试体为空心圆柱状，测试体的一端插入霍普金森入射杆，测试体的另一端插入霍普金森透射杆，测试体侧壁沿横轴线方向分为两部分，一半均匀镶嵌有数个声波发射器、另一半均匀镶嵌有数个声波接收器，声波发射器和声波接收器对称设置，测试体侧壁上还设置有耦合介质注入输出孔和排气孔；

所述声波仪分别与声波发射器和声波接收器连接；

所述数据处理系统与声波仪连接。

进一步的，上述用于霍普金森压杆试验系统的声波测试装置，声波发射器和声波接收器的安装密度为个/4～6mm。

本发明的技术方案之二为，一种用于霍普金森压杆试验系统的声波测试方法，利用了上述的装置，包括如下步骤：

1、在试样表面涂满耦合介质后放入测试体内，向测试体内注入耦合介质，注满后密封测试体；

2、通过声波仪开启声波发射器和声波接收器，利用数据处理系统测得试样内部原始缺陷特征；

3、采用霍普金森压杆试验系统实施冲击试验，试验结束后根据采集的声波信号，利用数据处理系统得到试样内部缺陷的三维信息(X、Y、Z)及缺陷的深度、大小和类型，然后将缺陷的特征(深度、大小和类型)和三维信息数据导入ANSYS进行三维损伤建模，再将多个三维损伤模型进行合成构建，即可得到三维立体动态损伤演化模型。

进一步的，上述用于霍普金森压杆试验系统的声波测试方法，耦合介质为黄油。

进一步的，上述用于霍普金森压杆试验系统的声波测试方法，测试体上声波发射器和声波接收器的设置数量根据伸入测试体内的入射杆和透射杆的长度和安装密度进行计算；