[发明专利]真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法

摘要

本发明的真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法，第一：在施加静态预应力和冲击荷载之前，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下X、Y、Z方向完整的超声波信号，第二：施加静态预应力，第三：记录并保存施加静态预应力下X、Y、Z方向完整的超声波信号；第四：施加冲击荷载，利用三轴六向同步协调控制电磁加载系统对测试试样施加动态冲击荷载。第五：待动态冲击加载试验结束后，在不解除静态预应力下，再次记录并保存施加静态预应力和动态冲击荷载后X、Y、Z方向完整的超声波信号。本发明首次实现了原位保压状态下测试岩石、混凝土等固体材料动态冲击损伤演化及其对超声波传播速度，幅值和频谱等衰减规律的影响。

主权项

1.一种真三轴霍普金森杆固体动态损伤与超声波传播测试方法，其特征在于：所述测试方法利用三轴六向霍普金森杆系统进行测试，测试装置置于水平十字支撑平台上，该平台包括X+向支撑平台(1)、X‑向支撑平台(16)、Y+向支撑平台(28)和Y‑向支撑平台(42)以及中心支撑平台(71)，中心立方体方箱(69)上表面完全开口，即沿Z+向完全开口，沿X+向、X‑向、Y+向、Y‑向、和Z‑向分别于中心立方体方箱正中间位置设置方形开口，且方形开口尺寸与方形杆尺寸相同，方形孔中放置X、Y、Z方向的方形杆，方形杆上靠近入射应力波加载端的一侧均设置一个凸台；中心立方体方箱(69)置于中心支撑平台(71)的上表面正中心，且与水平十字支撑平台构成正交坐标系用于三轴六向霍普金森杆系统的精准定位和对中；三轴六向霍普金森杆系统的X+向、X‑向、Y+向、Y‑向、Z+向和Z‑向六个方向的方形杆由自润滑方形杆固定和支撑架固定，方形杆与中心立方体方箱于方形开口实现对中连接；围压加载液压油缸和围压加载作动器与围压加载框串联组合，围压加载框与凸台串联连接，用于将围压加载液压油缸的作用力传递至方形杆和测试试样上；测试方法步骤如下：第一步：在施加静态预应力和冲击荷载之前，在六个方向的方形杆的入射端均放置一枚超声波探头，对于X+向，超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，超声波信号沿X+向方形杆(11)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向X‑向方形杆(23)传播，直至被X‑向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，超声波信号沿Y+向方形杆(36)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向Y‑向方形杆(47)传播，直至被Y‑向方形杆(47)一侧的超声接收探头(43)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，超声波信号沿Z+向方形杆(59)传播并穿过立方体试样(70)，随后继续向Z‑向方形杆(63)传播，直至被Z‑向方形杆(63)一侧的超声波接收探头(66)接收该超声波透射信号，记录并保存无静态预应力和冲击荷载作用下Z方向完整的超声波信号；第二步：施加静态预应力，以X方向为例给出施加静态预应力的方式：打开高压油管，通过进油口给X+向围压加载液压油缸(2)充油，推动X+向围压加载作动器(4)向前运动，并与X+向围压加载框(8)接触；继续施加油压推动X+向围压加载作动器(4)向前移动，将轴向压力通过X+向凸台(9)传递至X+方向方形杆(11)，进而作用到立方体试样(70)上，使其受到X方向精准静态预应力，同理，Y、Z方向静态围压加载原理与X方向相同；第三步：在第二步的静态预应力作用下，再次利用X+向方形杆(11)一侧的超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，并利用X‑向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，并利用Y‑向方形杆(47)一侧的超声波接收探头(43)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，并利用Z‑向方形杆(63)一侧的超声波接收探头(66)接收穿过静态预应力加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力下Z方向完整的超声波信号；第四步：施加冲击荷载，以X方向为例给出施加冲击荷载的方式：待上述第三步操作结束后，分别移开紧贴在X+和X‑向方形杆(11)和(23)上的超声波发射探头(5)和超声波接收探头(19)，然后将X+向电磁脉冲激发腔(7)与X+向电磁脉冲激发腔支撑架(6)放置于X+向围压加载框(8)内，并放置于X+向方形杆(11)的入射端，且与X+向方形杆(11)的入射端自由且紧密的贴合，用于沿X+向方形杆(11)的入射端对测试试样施加X+向动态应力脉冲荷载，将X‑向电磁脉冲激发腔(20)与X‑向电磁脉冲激发腔支撑架(21)放置于X‑向围压加载框(18)内，并放置于X‑向方形杆(23)的入射端，且与X‑向方形杆(23)的入射端自由且紧密的贴合，用于沿X‑向方形杆(23)的入射端对测试试样施加X‑向动态应力脉冲荷载；同理，待Y、Z方向按照与X方向进行相同的操作后，便可利用三轴六向同步协调控制电磁加载系统对测试试样施加动态冲击荷载；第五步：待动态冲击加载试验结束后，继续保持X、Y、Z三个方向静态预应力不变，即不解除静态预应力，移开X+向电磁脉冲激发腔(7)与X+向电磁脉冲激发腔支撑架(6)，再将超声波发射探头(5)放置在X+向围压加载框(8)内，并放置于X+向方形杆(11)的入射端，且与X+向方形杆(11)的入射端自由且紧密的贴合；同理，将X‑、Y+、Y‑、Z+、Z‑方向按照与X+向进行相同的操作后，便可实现将所有电磁脉冲激发腔与电磁脉冲激发腔支撑架移开，并将超声波发射探头和超声波接收探头分别与方形杆的入射端自由且紧密的贴合；随后在未解除静态预应力状态下，利用X+向方形杆(11)一侧的超声波发射探头(5)发射超声波入射信号，并利用X‑向方形杆(23)一侧的超声波接收探头(19)接收穿过冲击加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力和动态冲击荷载后X方向完整的超声波信号；Y方向上，利用Y+向方形杆(36)一侧的超声波发射探头(32)发射超声波入射信号，并利用Y‑向方形杆(47)一侧的超声波接收探头(43)接收穿过冲击加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力和动态冲击荷载后Y方向完整的超声波信号；Z方向上，利用Z+向方形杆(59)一侧的超声波发射探头(53)发射超声波入射信号，并利用Z‑向方形杆(63)的一侧的超声波接收探头(66)接收穿过冲击加载试样后的超声波透射信号，记录并保存施加静态预应力和动态冲击荷载后Z方向完整的超声波信号。