【技术实现步骤摘要】
本技术涉及材料动态性能测试，具体为一种基于霍普金森扭杆的材料ⅲ型断裂韧度测试装置。
技术介绍
1、材料的断裂行为在各种应用场景中广泛存在且备受重视：充分了解材料的断裂性质对于保障零构件完整和结构稳定具有重要的理论意义和工程价值。
2、根据裂纹的力学性质，可按将断裂分为ι型(张开型)、ⅱ型(滑开型)、ⅲ型(撕开型)三种类型。目前学界已发展了多种测试方法对岩石材料的ι型断裂和ⅱ型断裂性质进行研究，基于一定的加载设备，如液压机、分离式霍普金森压杆(shpb)等，采用特殊设计的试样构型，包括直切槽半圆盘试样(nscb)、中心人字形切槽巴西圆盘试样(ccnbd)、短岩心压缩试样(scc)、穿通剪切试样(pts)等，可实现对岩石、混凝土等材料加载并使其发生ι型断裂或ⅱ型断裂破坏，从而可根据载荷信息计算材料相关性质。然而对于ⅲ型断裂的测试方法目前较少，一方面，ⅲ型断裂的特征要求试样裂纹附近分布纯剪应力场，这对加载方式提出了挑战；另一方面，部分材料等的抗拉强度弱于抗剪强度，材料抗拉极限的率先到达导致测试结果的准确性难以保证。因此亟需发展一种满足加载要求和契合岩石特性的测试装置。
技术实现思路
1、本技术的目的是针对现有试验设备存在的空缺，提供了一种基于霍普金森扭杆的材料ⅲ型断裂韧度测试装置，使用霍普金森扭杆加载技术，使试样处于纯剪的应力状态，实现了试样的ⅲ型断裂韧度测试。
2、为达上述目的，本技术提供了一种基于霍普金森扭杆的材料ⅲ型断裂韧度测试装置，包括：底座、挡板、出射杆
3、进一步的，所述限扭装置包括第一钳体、第二钳体、固定导轴和限位板，所述固定导轴安装在所述底座上，且所述固定导轴贯穿所述第一钳体，并与所述第一钳体轴承连接；所述第二钳体固定于底座上，且所述第一钳体和第二钳体沿扭杆的轴线两侧设置，所述第一钳体和第二钳体的内部中心分别设有半凹陷，半凹陷内部有凸起，所述凸起与扭杆表面设置的凹槽相匹配；所述第一钳体和第二钳体上方通过限位板连接，所述限位板通过紧固螺栓紧固于所述第一钳体和第二钳体上表面，且所述限位板中心设有槽孔，为限位板的薄弱带。
4、进一步的，试样的长度与直径之间的比值为k，k＝l/r，其中，1≤k≤2，l为所述试样的长度，r为所述试样的直径，试样直径r小于入射杆直径d；试样内部中心预制缝隙，缝隙垂直向试样外表面延伸，缝隙宽度为d，d≤1mm，缝隙直径为s，s≤0.6r。
5、进一步的，所述扭矩加载装置包括液压顶升装置、背板、齿条和限高板，所述背板安装在所述底座上，所述背板靠近所述扭杆的一侧设置有定向滑槽，所述齿条滑动设置在所述定向滑槽内，所述液压顶升装置固定在所述背板上，输出端与所述齿条相连，所述背板的顶部连接有限高板，所述扭杆外表面设有与所述齿条相配合的齿状凸起。
6、进一步的，还包括承拉杆，所述承拉杆的两端分别与安装在所述底座两端的挡板相连。
7、进一步的，还包括套筒，所述扭杆与入射杆通过所述套筒相连。
8、进一步的，还包括限位盘，所述限位盘安装在所述挡板上，所述出射杆的一端抵接在所述限位盘上。
9、进一步的，还包括支架，所述底座上安装有多个支架，所述出射杆、入射杆和所述扭杆均与所述支架转动连接。
10、本技术的有益效果在于：
11、本技术使用霍普金森扭杆加载技术，可使试样处于纯剪的应力状态，对试样构型进行优化设计，可以实现试样的ⅲ型(撕开型)断裂破坏；采集扭杆上的应力信息，可以计算得到材料的断裂韧度等材料ⅲ型断裂性质，为评估材料的力学性能提供重要支撑。
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1.一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，包括：底座、挡板、出射杆、入射杆、扭杆、限扭装置、液压加载装置、扭矩加载装置以及轴压加载装置；所述挡板、限扭装置、液压加载装置和扭矩加载装置均安装在所述底座上，所述轴压加载装置固定安装在所述挡板上，所述轴压加载装置的输出端与所述扭杆的一端抵接，所述扭杆的另一端与所述入射杆相连，所述出射杆的一端抵接在所述挡板上，另一端与所述入射杆之间夹持有试样；试样为圆柱状结构，内部中心设有向外表面垂直延伸的缝隙；所述扭杆穿过所述限扭装置，限扭装置用于限制扭杆旋转位移，所述液压加载装置用于驱动限扭装置，施加、解除对扭杆的旋转限制；扭矩加载装置位于所述限扭装置与所述轴压加载装置之间，所述扭矩加载装置的输出端与所述扭杆传动连接，用于对扭杆施加扭矩。
2.如权利要求1中所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，试样的长度与直径之间的比值为k，k＝L/R，其中，1≤k≤2，L为所述试样的长度，R为所述试样的直径，试样直径R小于入射杆直径D；试样内部中心预制缝隙，缝隙垂直向试样外表面延伸，缝隙宽度为d，d≤1
3.如权利要求2所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，所述限扭装置包括第一钳体、第二钳体、固定导轴和限位板，所述固定导轴安装在所述底座上，且所述固定导轴贯穿所述第一钳体，并与所述第一钳体轴承连接；所述第二钳体固定于底座上，且所述第一钳体和第二钳体沿扭杆的轴线两侧设置，所述第一钳体和第二钳体的内部中心分别设有半凹陷，半凹陷内部有凸起，所述凸起与扭杆表面设置的凹槽相匹配；所述第一钳体和第二钳体上方通过限位板连接，所述限位板通过紧固螺栓紧固于所述第一钳体和第二钳体上表面，且所述限位板中心设有槽孔，为限位板的薄弱带。
4.如权利要求3所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，所述扭矩加载装置包括液压顶升装置、背板、齿条和限高板，所述背板安装在所述底座上，所述背板靠近所述扭杆的一侧设置有定向滑槽，所述齿条滑动设置在所述定向滑槽内，所述液压顶升装置固定在所述背板上，输出端与所述齿条相连，所述背板的顶部连接有限高板，所述扭杆外表面设有与所述齿条相配合的齿状凸起。
5.如权利要求2所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，还包括承拉杆，所述承拉杆的两端分别与安装在所述底座两端的挡板相连。
6.如权利要求2所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，还包括套筒，所述扭杆与入射杆通过所述套筒相连。
7.如权利要求2所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，还包括限位盘，所述限位盘安装在所述挡板上，所述出射杆的一端抵接在所述限位盘上。
8.如权利要求2所述的一种基于霍普金森扭杆的材料Ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，还包括支架，所述底座上安装有多个支架，所述出射杆、入射杆和所述扭杆均与所述支架转动连接。
...【技术特征摘要】
1.一种基于霍普金森扭杆的材料ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，包括：底座、挡板、出射杆、入射杆、扭杆、限扭装置、液压加载装置、扭矩加载装置以及轴压加载装置；所述挡板、限扭装置、液压加载装置和扭矩加载装置均安装在所述底座上，所述轴压加载装置固定安装在所述挡板上，所述轴压加载装置的输出端与所述扭杆的一端抵接，所述扭杆的另一端与所述入射杆相连，所述出射杆的一端抵接在所述挡板上，另一端与所述入射杆之间夹持有试样；试样为圆柱状结构，内部中心设有向外表面垂直延伸的缝隙；所述扭杆穿过所述限扭装置，限扭装置用于限制扭杆旋转位移，所述液压加载装置用于驱动限扭装置，施加、解除对扭杆的旋转限制；扭矩加载装置位于所述限扭装置与所述轴压加载装置之间，所述扭矩加载装置的输出端与所述扭杆传动连接，用于对扭杆施加扭矩。
2.如权利要求1中所述的一种基于霍普金森扭杆的材料ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，试样的长度与直径之间的比值为k，k＝l/r，其中，1≤k≤2，l为所述试样的长度，r为所述试样的直径，试样直径r小于入射杆直径d；试样内部中心预制缝隙，缝隙垂直向试样外表面延伸，缝隙宽度为d，d≤1mm，缝隙直径为s，s≤0.6r。
3.如权利要求2所述的一种基于霍普金森扭杆的材料ⅲ型断裂韧度测试装置，其特征在于，所述限扭装置包括第一钳体、第二钳体、固定导轴和限位板，所述固定导轴安装在所述底座上，且所述固定导轴贯穿所述第一钳体，并与所述第一钳体轴承连接；所述第二钳体固定于底座上，且所述第一钳体和第二钳...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏开文，王峥，徐颖，吴帮标，汪冲浪，姚伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：
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