[发明专利]脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法

说明书

本发明涉及材料性能检测方法，公开了一种脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，包括如下步骤：A)制备有直切槽的试样(1)，在试样上喷印有点阵参考系，并标定至少两对测量点；B)对试样进行三点弯加载实验，利用数字图像测量装置测量各对位测量点处的裂尖张开位移量，以得出位移量时间变化曲线；C)根据试样规格和加载实验中对试样的载荷数据和应变数据得出试样的应力强度因子时间曲线得出加载率；D)结合位移量时间变化曲线，确定各对测量点的位移量的突增时间，以根据突增时间得出试样在该加载率下的动态裂纹扩展速度。本发明的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法能够不受试样尺寸的影响且精度高。

技术领域

本发明涉及材料性能检测方法，具体涉及一种脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法。

背景技术

岩石、混凝土作为我国地下空间工程中常见的开挖主体与支护主体材料，准确测定其在高速荷载下的裂尖张开位移及裂纹扩展速度对于爆破开挖、地震、机械冲击以及支护结构等均具有重要的工程意义。

以岩石、混凝土等为代表的脆性材料，其抗拉强度远小于抗压强度，而I型(张开型)裂纹往往意味着岩石的拉伸断裂，对工程稳定性造成了巨大的威胁，因此对于I型断裂的研究显得更为重要，而裂尖张开位移和裂纹扩展速度是反映材料失稳破裂过程的重要参数，对地质灾害的准确预报和工程结构的稳定运行及安全评价具有重要的参考价值。

目前常用于测试岩石类脆性材料裂尖张开位移和裂纹扩展速度的方法以接触式应变片法为主，但是应变片的粘贴位置受限于被测试样的尺寸，而且应变片在高速冲击下极易脱落、损坏，导致变形数据失真或者很难获取变形数据。

有鉴于此，需要提供一种脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其能够不受试样尺寸以及形状的影响，且具有更高的测量精度。

为实现以上发明目的，本发明提供一种脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，包括如下步骤：A)制备具有直切槽的试样，在所述试样的观测面上喷印点阵参考系，并标定至少两对测量点；B)对所述试样进行三点弯加载实验，并利用数字图像测量装置测量各对所述测量点处的裂尖张开位移量，以得出裂尖张开方向位移量时间变化曲线；C)根据所述试样的规格以及加载实验中所述试样的载荷数据和应变数据得出所述试样的应力强度因子时间曲线，以得出加载率；D)结合所述裂尖张开方向位移量时间变化曲线，确定各对所述测量点沿裂尖张开方向位移量的突增时间，以根据所述突增时间得出所述试样在所述加载率下的动态裂纹扩展速度。

优选地，步骤A)中的所述试样为半圆盘试样，所述直切槽设于所述半圆盘试样上平面的中部，并沿所述半圆盘试样的厚度方向贯穿该半圆盘试样。

具体地，步骤B)中所述点阵参考系的建立步骤包括：a)清理所述观测面，并喷涂底层涂层；b)在所述底层涂层上印戳或喷涂，以形成散点场，从而建立所述点阵参考系。

进一步具体地，步骤B)中所述三点弯加载实验基于霍普金森压杆设备进行，所述霍普金森压杆设备包括撞击杆、入射杆和透射杆，所述试样夹装于所述入射杆和所述透射杆之间，所述撞击杆撞击所述入射杆，所述入射杆上设有入射杆应变片，所述入射杆应变片与波形采集显示装置连接，以能够测量入射应变和反射应变，所述透射杆上设有透射杆应变片，所述透射杆应变片与所述波形采集显示装置连接，以能够测量透射应变。

进一步具体地，步骤B)中的所述数字图像测量装置包括高速相机和照明设备，该高速相机与所述波形采集显示装置以及所述计算机电连接，以实现该高速相机与所述波形采集显示装置的同步触发，并实时采集所述观测面的数字图像。

进一步具体地，所述计算机通过分析所述数字图像中的所述点阵参考系的变化得出裂尖张开方向位移云图，并根据该裂尖张开方向位移云图得出各对所述测量点在所述裂尖张开方向位移量时间变化曲线。