[发明专利]一种基于霍普金森杆的材料动态断裂韧性测量装置

说明书

本发明公开了一种基于霍普金森杆的材料动态断裂韧性测量装置，包括缓冲装置、承载装置、霍普金森杆实验装置、拍摄装置和带缺口的样品；承载装置包括底板、立板和升降位移台，立板上设有两个用于支撑样品的长条形半圆支座，立板与样品相邻的侧面上设有两个竖直限位装置；立板的中部设有一大直径通孔，样品的缺口位于大直径通孔的圆心位置；霍普金森杆实验装置包括入射杆、撞击杆和半圆冲击头，半圆冲击头的一端与样品相接触，半圆冲击头另一端固定连接入射杆；拍摄装置包括设置在样品侧面的CCD相机和光源。本发明将传统三点弯曲试验方法与动态加载相结合，能够测量材料在动态载荷下的断裂韧性，能够对实现对材料的动态加载。

技术领域

本发明属于动态加载领域，具体涉及一种基于霍普金森杆的材料动态断裂韧性测量装置。

背景技术

断裂韧性是在断裂力学基础上建立起来的代表材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能。通常在材料失效分析和结构件的损伤容限设计中都需要对材料的断裂韧性进行评估。材料动态断裂韧性代表了在动态载荷作用下材料的防断能力，过去人们主要关注的是静态载荷下的断裂韧性，如今，材料种类越来越多，其应用领域也是各种各样，一些极端环境下的材料在服役过程中除了受静态载荷还会受到动态冲击，而且动态加载也是近年来的研究热点，因此研究材料的动态断裂韧性显得尤为必要。

目前关于材料的动态断裂韧性，尚没有标准的测试方法。虽然ASTM(E399-2012e3)标准中描述了静态载荷下载荷、样品形状以及裂纹尖端处的应力强度因子之间的关系，但是在动态加载下还没有明确的相关标准。过去人们测量材料断裂韧性的方法，是将带有预制疲劳裂纹的缺口试样置于标准的三点弯曲试验装置上进行加载，并记录试样尺寸、载荷和裂纹嘴的张开位移，进而计算出材料的断裂韧度。但是由于加载条件的限制，其测试结果对于评估承受静态载荷的结构件很有帮助，而对于那些承受动态载荷的构件仍沿用这种方法就显得缺乏说服力。除了三点弯曲，人们还会用夏比示波冲击试验来测量材料的动态断裂韧性，但是这种方法由于加载条件限制，很难满足平面应变的条件，此外，其载荷稳定性差，应变率不稳定，也无法达到高的应变率，不能模拟出材料在动态载荷下的真是服役环境。

动态断裂韧性测量困难，首先是加载手段的限制，传统的加载手段多属于低应变率的静态加载，不能模拟出材料的真实服役条件，要实现动态加载需要使用霍普金森杆、气炮等加载方法。其次，在实验装置上没有比较完善的实验装置设计能够兼具动态加载和断裂韧性测量。除了实验技术的限制，动态断裂理论中惯性效应和应力波传播规律的复杂性也给测量带来了困难。鉴于此，目前能够测量材料动态断裂韧性的实验方法寥寥无几，但是材料的这一性能指标无论是对于工程应用还是材料设计都具有重大意义。因此，寻找一种合适的方法能够克服传统实验方法的局限性，来表征材料的动态断裂韧性对科学研究和工程应用都有很大的用处。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将传统三点弯曲试验方法与动态加载相结合，能够测量材料在动态载荷下的断裂韧性，能够对实现对材料的动态加载的基于霍普金森杆的材料动态断裂韧性测量装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于霍普金森杆的材料动态断裂韧性测量装置，包括缓冲装置、承载装置、霍普金森杆实验装置、拍摄装置和带缺口的样品；

所述承载装置包括底板、立板和升降位移台，立板和升降位移台固定安装在底板上，升降位移台上放置有样品；

立板与样品相邻的侧面上设有两条相互平行的竖直滑槽和两条位于同一水平线上的横向滑槽；立板上设有两个用于支撑样品的长条形半圆支座，长条形半圆支座的弧形面与样品相邻，长条形半圆支座的底面设有两个能够在竖直滑槽内上下滑动的滑块；立板与样品相邻的侧面上设有两个竖直限位装置，竖直限位装置对称地设置在样品的两侧，竖直限位装置通过滑块在横向滑槽内左右滑动；

立板背向样品的侧面上与竖直滑槽相对应的位置设有可调螺钉槽，立板两边和中间都标有刻度尺；