硬质复合材料纯I型动态断裂试件制造技术

本实用新型专利技术一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直；本实用新型专利技术在试件上设置了直槽型贯穿型裂纹，能够直接引导直槽型贯穿型裂纹的扩展，从而获得纯I型裂纹；在周向上设置了平行的加载平台，便于直接与入射杆、透射杆接触，便于应力波传播，有效减少应力集中；无需新加工夹具和压杆，简便装夹就能达到实验可靠性要求。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
硬质复合材料纯I型动态断裂试件
本技术属于动态断裂力学领域，特别是一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件。
技术介绍
动态断裂力学是固体力学其中的一个分支，近十年来一直是一项研究热点。同断裂理论其他分支相比，动态断裂力学是最为不成熟的分支，20世纪70年代末才逐渐建立基本的概念。迄今为止，动态断裂力学仍然不是一门成熟的学科。与静态断裂力学相比，动态断裂力学不仅在数学问题的处理中存在一定的困难，同时物理上的复杂性也使得实验研究工作难度加大。此外，现阶段针对动态断裂力学研究的相关测试技术复杂性和局限性也对制约这一学科的发展速度。目前，国际上各国学者广泛运用霍普金森压杆装置(SHPB)对不同材料进行动态断裂实验。其基本原理是建立在一维应力波的基础上，通过测量和转换信号获得材料在101?103范围内的应变率。这要求材料在动态加载过程中试件能在一维应力波的作用下满足应力平衡要求，进而发生断裂失稳，而非单纯运用SHPB实验系统获得冲击载荷。此外，冲击载荷下试件能否满足纯I型断裂也难以保证。为此，国内外相关学者相继提出了短棒型，半圆型，圆盘人字型试件。这些试件结构并没有得到统一和标准化，对同一材料测得的实验结果也存在一定的差异。文章“Effect of Thermal Treatment on theDynamic Fracture Toughness of Laurentian Granite”米用半圆型试件在 SHPB 系统中进行冲击加载，尽管实验结果满足I型断裂形面，但无法避免线型加载带来的应力集中所带来的实验误差，并存在一定的争议:加载率达到一定的程度时，线型加载引起应力集中导致加载区先于预制裂纹处发生断裂失效。此外，如用半圆型试件加载，需从新加工入射杆和透射杆，且精度要求很高，无疑实验成本提高。文章“Dynamic cracked chevron notchedBrazilian disc method for measuring rock fracture parameters” 中运用中心予页制人字型裂纹圆盘试件进行实验分析。这一实验构件不需要重新加工入射杆，也能获得良好的I型断裂形面。然而，人字型预制槽几何形面相对复杂，理论分析复杂繁琐，需要进行多次实验对相关参数标定。同时，此种试件也无法避免高加载率下应力集中所带来的不良影响，应力波能否充分传播也存在争议。这两类试件是国内外学者广泛运用的模型。目的在于获得I型断裂形面，没有考虑结构的优化对实验结果准确真实性的影响。动态断裂研究应结合实验要求和满足一维应力波理论要求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种有利于满足一维应力理论实验要求，便于在霍普金森实验系统冲击加载条件下夹持稳固，实现纯I型断裂形面，有效避免复合型裂纹产生的硬质复合材料纯I型动态断裂试件。实现本技术目的的技术解决方案为:一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直。本技术与现有技术相比，其显著优点:(1)本技术在试件上设置了直槽型贯穿型裂纹，与现有技术不设置裂纹相比，能够直接引导直槽型贯穿型裂纹的扩展，从而获得纯I型裂纹，避免冲击加载率过高时在加载端产生紊乱裂纹。(2)本技术在试件周向上设置了平行的加载平台，能增大接触面，便于直接与入射杆、透射杆接触，便于应力波传播，有效减少应力集中；同时能实现对称装夹，有效避免弧形加载带来的非对称加载。(3)本技术能严格达到国际材料机构尺寸规定，减少实验结果差异性，达到结构的优化和实验结果准确、真实性目的；简化构件结构，从而避免繁琐复杂理论分析，直接在断裂过程区进行分析；节约实验成本和时间，无需新加工夹具和压杆，简便装夹就能达到实验可靠性要求。下面结合附图对本技术作进一步详细描述。【附图说明】图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的结构俯视图。图3是本技术的结构剖视图。【具体实施方式】结合图1:本技术一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直。所述的圆盘的厚度为直径的0.2倍-0.3倍。所述的贯穿直槽型裂纹的长度为圆盘直径的0.5倍-0.7倍。所述的贯穿直槽型裂纹长度对应的圆心角为15° -30°。其结构能实现结构优化，节约实验成本和时间，且制作简便、可实施性良好，无需添加其他夹具和模具即可在霍普金森压杆中直接进行实验。本技术试件结构加工简单，目的在于获取纯I型断裂裂纹，有效避免复合型裂纹产生，能严格达到国际材料机构尺寸规定，减少实验结果差异性，达到结构的优化和实验结果准确、真实性目的；减少冲击加载引起加载区应力集中效应，避免裂纹首先在加载端面行成并扩展；实现一维应力波充分传播，为实验过程中达到应力平衡提供一定的条件；简化构件结构，从而避免繁琐复杂理论分析，直接在断裂过程区进行分析；节约实验成本和时间，无需新加工夹具和压杆，简便装夹即可在霍普金森压杆中直接进行实验，能达到实验可靠性要求。实施例1:本技术一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，圆盘的厚度为直径的0.2倍，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹的长度为圆盘直径的0.6倍，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直，贯穿直槽型裂纹长度对应的圆心角为15°。实施例2:本技术一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，圆盘的厚度为直径的0.3倍，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹的长度为圆盘直径的0.7倍，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直，贯穿直槽型裂纹长度对应的圆心角为30°。实施例3:如图1、2、3所示:本技术一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，圆盘的厚度为直径的0.25倍，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹的长度为圆盘直径的0.5倍，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直，贯穿直槽型裂纹长度对应的圆心角为20°。结合附图1，结构特征为圆盘型，平台对应的圆心角为20°能有效将轴向冲击力转变为垂直于冲载方向的拉伸应力，因而能直接引导直槽型贯穿型裂纹的扩展，从而获得纯I型裂纹，避免冲击加载率过高时在加载端产生紊乱裂纹。结合附图2，直接在中心位置预制贯穿直裂纹，能引导纯I型裂纹。结合附图3，将加载端面设计为加载平台，能增大接触面，便于直接与入射杆、透射杆接触，便于应力波传播，有效减少应力集中；同时能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，其特征在于：整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直。

【技术特征摘要】
1.一种硬质复合材料纯I型动态断裂试件，其特征在于:整体形状为圆盘形状结构，上下表面相互平行，在圆盘的周向上对称设置两平台，两平台平行且尺寸一致，在圆盘上两平台之间的直径方向上设置贯穿直槽型裂纹，贯穿直槽型裂纹关于圆盘的圆心位置对称；平台与贯穿直槽型裂纹垂直。2.根据权利要求1所述的一种硬质复合材料纯I型动态断裂试...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪文强，鞠玉涛，陈雄，郑健，周长省，许进升，孙朝翔，胡少青，王鸿丽，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：实用新型
国别省市：