[发明专利]一种I型裂纹在爆炸荷载下动态断裂全过程参数的测试方法

权利要求书

1.此发明是基于爆炸荷载下的I型裂纹动态断裂韧度的测试方法。本方法特征在于利用大尺寸内部单裂纹圆盘试样，采用放置在炮孔处的8^#雷管对试样进行爆炸加载，通过数据采集系统与粘贴在炮孔周围的径向、环向应变片测得的爆炸应力波电信号，并通过后数据处理软件将电压值转换成压力值；将实验得到压力时程曲线导入有限元程序ABAQUS，设置试件尺寸、材料参数及本构关系等参数建立1:1数值模型；根据数值软件计算数据，使用位移外推法计算试样预制裂纹尖端的动态应力强度因子，即根据I型裂纹近场的位移与应力强度因子的关系：整理得到应力强度因子与裂纹尖端质点的相对位移的关系：将计算的应力强度因子绘制成时程曲线，再根据实验中裂纹扩展计记录的裂纹断裂时刻，确定I型裂纹的动态断裂韧度。

2.如权利要求1中所述，在爆炸荷载下I型裂纹动态断裂韧度测试方法，该爆炸荷载下I型裂纹动态断裂韧度测试方法包括以下步骤：

第一步，本发明采用特别设计的大尺寸内部单裂纹圆盘试样，如图2所示，试件为砂岩材料，试样尺寸为：a＝100mm，r＝3.5mm，R＝250mm，试件厚度B＝20mm，应变片与炮孔距离h₁＝h₂＝30mm，弹性模量12.5GPa，泊松比0.26；密度ρ＝2.350g/cm³，抗拉强度σ_t＝30MPa；需注意的是，本发明中测试的断裂韧度是指裂纹从起裂到扩展再到止裂过程中的韧度值。

第二步，采用8^#雷管爆炸实验装置，实验装置如图3所示，并使用系统配套的数据采集系统进行数据采集，数据采集系统如图4所示。采样频率为10MHz，即1μs采集10个数据点，裂纹的断裂过程及其断裂的时刻通过粘贴于预制裂纹尖端的裂纹扩展计采集到的电信号来确定，具体原理为，当裂纹尖端起裂时，粘贴在预制裂纹尖端的裂纹扩展计第1根敏感栅被拉断，如图5所示，造成其电阻增大，致使裂纹扩展计两端电压骤然增大产生台阶电压信号，表明裂纹开始起裂、扩展，随着裂纹的继续扩展，裂纹扩展计剩余的敏感栅逐一被拉断，电阻逐渐增大，造成其两端电压信号逐渐增大，产生一次次的台阶电压信号。这样，动态裂纹每扩展一次，其扩展时刻就被记录下来。

从上述可知，通过数据采集系统采集到的电压信号是一个阶梯状变化的曲线，敏感栅的断裂会导致电压信号阶跃式变化，如图6所示，将电压信号对时间求导，其导数的极值时刻即为裂纹扩展至此根敏感栅的时刻，第一个导数极值对应的时刻为裂纹起裂时刻，记为t_i，之后的导数极值对应的时刻为裂纹扩展时刻，记为t_p，最后一个导数极值对应的时刻为裂纹止裂时刻，记为t_a；通过有限元数值计算软件，建立1:1的数值模型，将实验得到的实际材料参数与压力时程荷载曲线带入数值软件，得到应力强度因子时程曲线，通过断裂时刻t_i、t_p以及t_a可确定动态裂纹的动态起裂韧度、扩展韧度以及止裂韧度等动态断裂参数。