[发明专利]一种获取岩石动态拉应力-应变曲线的方法

说明书

本发明公开了一种获取岩石动态拉应力‑应变曲线的方法，采用分离式霍普金森压杆系统结合数字图像处理技术的方法进行动态巴西圆盘试验。圆盘中心的应力历史是根据岩石动态试验方法获得的，而其应变历史使用数字图像技术估计。选择一个矩形区域包围圆盘中心，并使用该区域的平均拉应变来反映圆盘中心垂直加载方向的变形情况。本发明优点是：具有非接触测量和精度高的优点；另外，可以在圆盘表面内选择一个任意大小的区域进行变形分析，有很强的灵活性，可适用于不同的岩石试样。

技术领域

本发明涉及岩石动态力学性质技术领域，特别涉及一种动态巴西圆盘试验的岩石动态拉应力-应变曲线获取方法。

背景技术

动态拉应力-应变行为可以为预测岩石材料在各种岩石工程应用中的失稳和破坏提供丰富的信息。最直观的方法是进行直接拉伸试验，但由于样品制备困难，仪器设置繁琐，以及卡箍周围的应力集中和弯曲效应带来的不可避免的误差，动态拉伸拉力试验很少用于岩石材料。另外，人们提出了各种间接方法来测量脆性岩石材料的拉伸性能，其中动态巴西圆盘试验被认为是一种相当有效和方便的方法。与直接拉伸试验不同，动态巴西圆盘试验不能直接提供应力-应变曲线，需使用常规应变片法测量变形。然而，这种方法的局限性在于，岩石在细观或微观尺度上是一种非均质材料，准确的应变-应变曲线需要在合适大小(既不太大也不太小)的区域内近似恒定的应力-应变状态下取响应平均值，而传统应变片法很难灵活地解决这一问题。

数字图像处理技术(DIC)作为一种非接触式光学测量试验技术，其具有精度高、适应性好、测量范围广以及自动化程度高等优点。最为成熟的应用就是通过DIC技术来代替基于应变片贴附至试样而测量试样应变的应变仪。DIC技术可测得圆盘表面任意区域的应变，但是拉应变因材料的非均质性使得其在圆盘中心附近并不是相同的，存在局部应变集中的现象，故选择几何中心的应变无法真实的反映岩石的应变特征。基于动态巴西圆盘试验并结合DIC测量技术，本发明旨在提出一种获取动态巴西圆盘应力-应变曲线的方法。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种获取岩石动态拉应力-应变曲线的方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种获取岩石动态拉应力-应变曲线的方法，包括以下步骤：

A:制备巴西圆盘试样，在巴西圆盘试样一侧贴上散斑；将巴西圆盘试样夹在入射杆与透射杆之间。

B:调整摄像机的位置，使拍摄方向垂直于圆盘表面；屏幕需刚好完全显示圆盘的散斑区域；在摄像机与试样之间放置透明挡板，保护相机不受损坏。

C:将照明光源、高速摄像机与触发器相连，保证试样破坏全过程中，仪器处于工作状态。

D:启动霍普金森杆装置，进行动态巴西圆盘试验；同时应力波触发高速摄像机与照明光源开始工作，得到若干不同时刻的圆盘散斑照片。

E:将包括入射杆中应力波和高速摄像机拍摄的数据传至电脑端进行数据处理，得到应变云图。在获取的数据基础上，进一步分析确定矩形传感区域RSR的尺寸，RSR矩形中心需与巴西圆盘试样的圆心重合，且矩形边缘需要和加载方向垂直或平行。

F:确定RSR后，计算得到RSR的平均拉伸应变，由应力历史与平均应变历史得到拉应力-应变曲线。

进一步地，步骤E中，RSR的宽度L_C确定：

首先获得垂直加载方向下不同长度DSG所测得的圆盘中心应变，然后做出应变-测量长度的关系图像，选取第二个应变峰值点所对应的长度作为L_C。

RSR的长度W_C确定：①所选RSR必须包括产生最大应变的裂纹萌生点；②归一化压缩应力仅在巴西圆盘试样的中心区域附近变化小，所以长度不能太大；③巴西圆盘试样的圆心的应变有轻微波动，适当增大计算区域有效提高测量精度。