[发明专利]一种爆炸载荷下钢材断裂应变测试装置及其测试方法

说明书

本发明提供一种爆炸载荷下钢材断裂应变测试装置及其测试方法，测试装置采用桁架式设计，将被试钢材制成特殊的空心梁结构，通过定位插槽对夹具位置进行调整以满足不同长度试验梁的试验条件，凹槽夹具的设计满足试验梁固支边界条件。爆炸载荷由悬吊于试验梁上方的爆源施加，通过多次试验找到试验梁破坏的临界药量，通过公式计算钢材动态断裂应变。本发明提供了一种爆炸载荷下钢材断裂应变测试装置和方法，利用该装置和方法可以便捷、有效地测量爆炸载荷下钢材断裂应变。

技术领域

本发明涉及一种爆炸载荷下钢材断裂应变测试装置及其测试方法，属于爆炸冲击毁伤评估领域。

背景技术

钢材动态断裂应变与静态断裂应变不同，爆炸载荷下结构的响应为高应变率问题，钢材断裂应变为动态断裂应变。对于在弯曲拉伸破坏下结构断裂应变的测试多采用三点弯曲试验进行测量，但其试验条件是在准静态加载下，并且预置初始结构裂口测试梁试件的结构断裂应变。爆炸冲击载荷与准静态加载有巨大差异，其作用时间短加载压力大，所引起的结构响应应变率高，结构中的应力状态更为复杂与简单的单轴拉伸试验或三点弯曲试验所得的钢材拉伸断裂试验应力状态不同，前者在冲击载荷作用下，在三向应力状态下结构中传播的应力波包含弯曲波，剪切波等，其结构响应更为复杂。因此传统的三点弯曲试验无法准确测得爆炸冲击下板架结构断裂应变。目前对于爆炸载荷下钢材动态断裂应变并无有效测量方法，需要设计能够实现这一目的的测试装置和方法。

发明内容

本发明针对上述国内技术空白领域，提出一种爆炸载荷下钢材断裂应变测试装置和方法，并就试验装置配备安装进行说明。利用该装置和方法可以便捷、有效地测量爆炸载荷下钢材断裂应变。

本发明的目的是这样实现的：包括试验桁架、设置在试验桁架上端的药包悬挂杆、球形药包、设置在试验桁架中间位置间的夹具定位调整架、设置在夹具定位调整架上的可调位置的试验备试梁夹具、设置在试验备试梁夹具间的试验备试梁，球形药包通过细绳悬挂于药包悬挂杆上，所述试验备试梁为空心梁结构，其下端截面由被试钢材制作，其余三个截面由韧性大于被试钢材韧性的钢材制作。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.夹具定位调整架上设置有至少三组定位插槽，一对试验备试梁夹具通过定位螺栓设置在定位插槽中。

2.试验备试梁的两端部通过试验备试梁夹具的凹槽固定。

3.试验备试梁的长度大于其高度的5倍。

4.试验桁架的截面采用空心矩形梁设计，截面极限弯矩大于试验备试梁的5倍。

5.试验备试梁的侧面设置有抗冲击棉。

6.6.步骤如下：

步骤1：针对被测钢材，制造试验被试梁，被试梁为矩形空心截面梁，下端截面由被试钢材制作，其余三个截面由韧性更强的钢材制作，被试梁长度应大于高度的5倍；

步骤2：计算使得试验被试梁产生断裂的临界药量预估值；临界药量预估值通过如下公式计算：

式中：Q₀是预估临界药量，R是爆距，m为备试梁单位长度质量，M₀为极限弯矩，H为梁高，k为无量纲冲量因子，L为梁半长，λ为反射系数，ε₀为钢材静态断裂应变，h为备试梁高，τ为空气中冲击波正压作用时间；

步骤3：试验装置安装；

步骤4：调整药量进行多次试验，找到断裂临界状态，作为临界药量Q^*；

步骤5：通过以下公式计算钢材动态断裂应变：