[发明专利]一种SHPB整形器加噪装置及损伤分析方法

说明书

本发明公开了一种SHPB整形器加噪装置及损伤分析方法，包括设置于真三轴霍普金森压杆装置的入射杆与高压气炮之间的装置本体；装置本体为钢制圆柱形封闭腔体结构，装置本体的内腔中设置若干个不同粒径的钢珠；装置本体的一端与高压气炮抵接，另一端通过橡胶垫片与真三轴霍普金森压杆装置的入射杆抵接。本发明通过设计一种整形器加噪装置，丰富了入射波的各个频段的成分，后期通过小波分析的方法比较入射波与透射波不同频段的波的幅值变化，从而分析出试样内部的裂隙、孔洞等损伤情况。

技术领域

本发明涉及岩体力学试验技术领域，具体地指一种SHPB整形器加噪装置及损伤分析方法。

背景技术

岩石、混凝土等材料内部包含着大量的孔洞、裂隙、节理等缺陷。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岩石、混凝土等固体材料的动力学特性。同时，了解岩石、混凝土等固体材料的动态损伤演化规律将有助于定性和定量的分析固体材料动态损伤演化对超声波与应力波传播和衰减规律的影响。目前，对岩石、混凝土等材料的动态损伤的研究主要是基于霍普金森压杆(SHPB压杆)的动态冲击或动静组合加载后,利用CT扫描设备或超声波仪器等来标定岩石、混凝土等材料的动态损伤。同时随着SHPB压杆直径的增大，脉冲中的高频成分以及波的弥散会越来越严重，并且混凝土脆性材料失效应变小，在常规的霍普金森压杆试验中，人射脉冲上升沿升时很短，这就导致混凝土试件还没来得及达到平衡，试件中绝大部分单元已经失效。为了解决上述问题，使霍普金森压杆实验结果更加精确，脉冲整形技术应运而生，

现有的研究动态损伤的技术方法是在霍普金森杆动静加载以后拆卸试样，然后利用其它设备(例如CT扫描设备或超声波仪器)对试样进行损伤检测。已有的方法将动静组合加载与损伤检测分开进行，目前尚无法实现在原位保压状态下研究岩石、混凝土等材料的动态损伤及其对超声波传播和衰减规律的影响。

现有的脉冲整形技术装置是在霍普金森杆撞击子弹与入射杆间加上与入射杆直径相同的不同材料的垫片(例如紫铜、黄铜、纸、橡胶等)，以达到平滑波形，消除应力波的高频振荡以及解决应力均匀性及恒应变率加载问题。目前还没有通过整形器来复杂波形的各个频段的成分用于后期对波形进行小波变换等处理分析损伤的整形器加噪装置。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出一种SHPB整形器加噪装置及损伤分析方法，通过设计一种整形器加噪装置，丰富了入射波的各个频段的成分，后期通过小波分析的方法比较入射波与透射波不同频段的波的幅值变化，从而分析出试样内部的裂隙、孔洞等损伤情况。

为实现上述目的，本发明所设计的一种SHPB整形器加噪装置，其特殊之处在于，包括设置于真三轴霍普金森压杆装置的入射杆与高压气炮之间的装置本体；所述装置本体为钢制圆柱形封闭腔体结构，所述装置本体的内腔中设置若干个不同粒径的钢珠；所述装置本体的一端与高压气炮抵接，另一端通过橡胶垫片与真三轴霍普金森压杆装置的入射杆抵接。

进一步地，所述装置本体中钢珠的粒径范围为5～30mm，通过控制钢珠不同粒径所占的比例得到不同的颗粒级配D。

更进一步地，所述装置本体的长度L_钢与试验装置总长度L_总的比值为不耦合系数通过改变不耦合系数对入射波进行不同程度的加噪处理，使入射波获得更多的高频和低频频段。

更进一步地，所述橡胶垫片与装置本体、真三轴霍普金森压杆装置的入射杆的接触面均用凡士林涂抹保证贴合。

更进一步地，所述钢珠的粒径为五种，分别为5mm、10mm、15mm、20mm、30mm。

更进一步地，所述钢珠的体积为装置本体内腔容积的1/10～1/9,

本发明还提出一种SHPB整形器加噪装置的损伤分析方法，所述方法基于上述的SHPB整形器加噪装置实现，包括如下步骤；

1)在真三轴霍普金森压杆装置的入射杆与高压气炮之间安装装置本体；