[发明专利]一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置

说明书

本发明内容公开了一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置，属于冲击工程技术领域，该试验装置能够实现较大尺寸岩石类脆性材料试件的动态冲击加载，可以依据试验测试要求搭载各种数据测试系统，诸如裂纹扩展计测试系统、超动态应变仪测试系统、动态数字散斑测试系统、应变片测试系统等，随后利用各个数据测试系统能够很好地分析岩石类脆性材料的动态破坏行为，根据动态载荷曲线对脆性材料的动态断裂韧度等断裂力学参数进行计算，然后可以将试验相关数据应用于冲击工程等研究领域，从而得到丰硕的学术研究成果。

技术领域

本发明属于冲击工程研究领域，涉及对岩石等脆性材料大尺寸试件的中低速冲击加载研究问题。

背景技术

冲击碰撞是工程应用中一种常见的结构和材料失效原因，冲击实验是确定材料在经受外力冲击时其自身安全性与可靠性的重要手段，在此基础之上，还能够进行合理的容载设计并能有效预防灾害的发生。

目前研究动态断裂的试验设备主要分为摆锤式和落锤式两种，夏比(Charpy)摆锤冲击试验是应用最为广泛的测试方法，此种方法利用冲击试验前后的能量差简便易行，成本较低，但是这种测试方法不确定因素较多，对操作人员和操作方法要求较高；随着电测技术的发展，示波技术逐渐融入了动态冲击试验方法之中，使测试结果更加直观可靠，随后Hopkinson压杆装置逐渐普及，并成为动态冲击测试方法的热点，不足之处是Hopkinson压杆加载技术为将应力波效应与应变率解耦，Hopkinson压杆装置的入射杆和透射杆的直径较小，为满足试样内部应力均匀的假设，试样尺寸也较小，因此裂纹在扩展过程中受到来自边界的反射波影响较大；而工程实际中，由于冲击载荷通常为单向来源并且结构尺寸相对较大，结构破坏时，受到反射波的影响较小，由于反射波引起的破坏情况更是极为少见，因而Hopkinson压杆装置并不适用研究大尺寸试样的动态问题。

落锤冲击试验机是研究动态冲击的一种重要的设备，现有技术中落锤冲击试验机普遍由落锤，落锤提升-释放装置，导轨系统及试样安装台等结构组成；落锤冲击试验机采用落锤作自由落体运动作为冲击加载方式，通过落锤冲击高度，冲击力、冲击速度和反弹速度等参数的采集对冲击过程进行进一步研究分析，此种方法简便易行，但对试验装置和测试条件的精度要求较高，采用落锤高度控制冲击加载，需考虑落锤与导轨之间的摩擦以及冲击点的位置精度，必要时还需采取防止二次冲击的措施；若能采取得当措施尽量减少试验过程中的不确定因素，落锤冲击试验机的实用性与有效性将进一步增强；然而当前落锤冲击试验机的一个普遍的不足是都无法直观地研究分析试样在破坏时应力波的作用效果。

本装置将结合传统落锤冲击试验机与Hopkinson压杆装置两者的优点，提出一种新型的落锤试验系统，采用Hopkinson压杆装置的基本原理，研究大尺寸试样在冲击载荷作用下的动态断裂行为，此试验系统加载简便，成本较小，而且能尽量减小应力波在试样内部来回反射的影响，能够准确测试试样承受的加载应力波与断裂时刻，这对于研究岩石动力学行为具有重要意义。

发明内容

本发明实施例的目标主要是详细介绍一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置，它适用于研究各种岩石类脆性材料试样提供动态冲击加载装置，该发明试验装置不同于传统的落锤冲击试验加载装置，本试验装置可以搭载裂纹扩展计测试系统、动态数字散斑测试系统、应变片测试系统、超动态应变仪测试系统及预压载荷施加系统等，这是本发明试验装置所具有的优势，可以根据试验需求进行各种动态试验数据的监测；且本试验装置的入射板与透射板尺寸较大，可以实现最大宽度为300mm的岩石类试样的动态加载，这是明显优于其他冲击试验加载装置，基于应力波基础计算可知，大多数岩石试样都能够很好地避免试件边界条件反射拉伸波对其动态破坏行为的影响。