[发明专利]实现斜冲击的实验装置及方法

说明书

本发明属于材料冲击实验技术领域，尤其是涉及一种实现斜冲击的实验装置及方法，实现斜冲击的实验装置其特征在于包括设置在上部的刚性传力装置，设置在下部的试件，刚性传力装置为实心钢柱体，此实心钢柱体一端为斜面Ⅰ、且另一端为水平面，斜面Ⅰ倾斜角度为α，试件为柱体，此柱体一端为斜面Ⅱ、且另一端为水平面，斜面Ⅱ倾斜角度为α，斜面Ⅰ贴合在所述的斜面Ⅱ上方。本发明有效解决传统冲击实验无法模拟斜冲击的问题；能够有效解决传统冲击实验无法改变冲击角度的问题。

技术领域

本发明属于材料冲击技术领域，尤其是涉及一种实现斜冲击的实验装置及方法。

背景技术

冲击实验是研究材料受到外部动荷载作用时所表现出的动态力学特性的重要手段之一。岩石及混凝土材料在冲击荷载作用下的损伤、破碎特征与机理是矿山开采和岩土工程等领域的基础性研究。岩石与混凝土材料在冲击载荷作用下表现为压剪破坏、拉应力破坏、拉应变破坏和卸载破坏四种破坏形式。实验室冲击荷载实验中，通常采用霍普金森压杆、落锤冲击试验机、轻气炮和平板冲击等实验仪器。以上对岩石的动力特性研究的实验方法均为正冲击模式，即冲击力垂直于受力面，但在自然界或实际工程中斜冲击现象也很常见。例如矿山溜井卸矿后，由于初始运动方向的影响，矿岩呈现出斜抛运动方式，当矿岩与井壁碰撞时，矿岩的冲击方向与溜井壁面存在一定的夹角，所以矿岩冲击井壁的方式是一种斜冲击。这种情况下，采用正冲击实验来模拟斜冲击后的材料损伤情况会与实际情况相差较大。

传统的冲击实验存在以下方面的问题：

（1）传统冲击实验只能测量施力方向与受力面垂直时的试件受冲击情况，也就是只能模拟试件受正冲击的情况，无法实现斜冲击时试件所受冲击力状况的测试；

（2）传统正冲击条件下，对于施力方向与受力面有一定角度时，加载在斜面上的力，会形成沿斜面的力和垂直于斜面的力，实际作用于试件并导致试件损伤的力小于加载的力，受冲击破坏后与实际情况差距较大，不能很好的模拟出试件受斜冲击后的损伤状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现斜冲击的实验装置及方法，通过刚性传力装置对冲击力进行传导，使试件能够均匀受力，模拟材料试件受斜冲击的情况。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的实现斜冲击的实验装置，其特征在于包括设置在上部的刚性传力装置，设置在下部的试件，所述的刚性传力装置为实心钢柱体，此实心钢柱体一端为斜面Ⅰ、且另一端为水平面，所述的斜面Ⅰ倾斜角度为α，

所述的试件为柱体，此柱体一端为斜面Ⅱ、且另一端为水平面，所述的斜面Ⅱ倾斜角度为α，

所述的斜面Ⅰ贴合在所述的斜面Ⅱ上方。

所述的刚性传力装置直径50mm、且高100mm。

所述的试件直径50mm、且高100mm。

所述的斜面Ⅰ倾斜角度α和斜面Ⅱ倾斜角度α的取值范围为0°＜α＜90°。

一种利用实现斜冲击的实验装置的实验方法，其特征在于由刚性传力装置对冲击力F进行了传导，使垂直于斜面上的力Fʹ等于施加冲击力F的大小，即Fʹ=F，步骤如下：

（1）制作刚性传力装置，直径50mm，高100mm，斜面的角度为α，0°＜α＜90°，根据实验要求确定具体角度；

（2）将直径50mm，高100mm的试件一端切割成带有实验所需角度的斜面，与刚性传力装置斜面一端的倾斜角度相同；

（3）将刚性传力装置放置于受冲击试件上方，刚性传力装置斜面与试件斜面部分紧贴，二者组合后为圆柱体，用将二者斜面部分粘结在一起，粘结程度为刚性传力装置无外力作用时不发生滑动；