[发明专利]一种用于材料III型断裂韧度测试的装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种用于材料III型断裂韧度测试的装置及测试方法，该装置用于对圆柱体结构的试件进行III型断裂韧度测试，试件的周侧外壁上环绕设置有沿试件的径向延伸的预制裂缝；装置包括底座及设置于底座上的入射杆、透射杆、轴压装置和扭矩加载装置；透射杆与入射杆同轴且间隔设置，对试件进行III型断裂韧度测试时，试件位于入射杆与透射杆之间；轴压装置包括与入射杆抵接的第一轴压装置和与透射杆抵接的第二轴压装置，第一轴压装置用于对入射杆施加压力，第二轴压装置用于对透射杆施加压力；扭矩加载装置用于对入射杆施加扭矩。该装置能够对岩石进行轴压作用下的III型断裂韧度测试，以实现试件轴压作用下的III型断裂，且能够使得试件的加工简单。

技术领域

本申请涉及材料力学领域，尤其涉及一种用于材料III型断裂韧度测试的装置及测试方法。

背景技术

在土木工程、采矿、石油开采、交通、水利等工程中均会涉及到岩石的断裂问题，比如在爆破、油气开采中，需要利用岩石的断裂现象来提高破岩效率，而为了保障工程结构的安全性、稳定性，又需要阻止岩石的断裂。因此，了解岩石的破坏机理至关重要，有助于提高工程的破岩速度与安全性。

断裂韧度作为表征材料抵抗裂纹扩展的力学参数，在工程应用与理论研究中均具有重要的价值。根据经典断裂力学理论，按裂纹面受力的情况，可将断裂分为三种基本类型：张开型(I型)、滑开型(II型)和撕开型(III型)。I断裂模式中，两个裂纹面相互张开；II型断裂模式中，两个裂纹面会产生相对滑动，且滑动方向与裂纹前缘方向垂直；III型断裂模式中，两个裂纹面的相对滑动方向与裂纹前缘方向平行，即剪应力和裂纹扩展方向垂直。

但是，岩石是脆性材料，使得试件及夹具的加工存在一定的难度，装置难以直接应用于岩石上。所以目前单纯对岩石进行断裂韧度测试的装置较少。并且，经过大量的实验证明，岩石在I型加载条件下会产生I型断裂,但在III型加载条件下，裂纹尖端的最大拉应力往往先于最大剪应力达到其临界值，从而产生偏离原裂纹面方向的拉伸型断裂，很难获得真正的III型断裂。由此，目前亟需一种能够较为准确的测试岩石的III型断裂韧度的装置及测试方法。

发明内容

针对现有技术中上述不足，本发明提供了一种用于材料III型断裂韧度测试的装置及测试方法，能够对岩石进行轴压作用下的III型断裂韧度测试，以实现试件轴压作用下的III型断裂，并且能够使得试件的加工简单易实现。

为了实现上述目的，第一方面，本发明公开了一种用于材料III型断裂韧度测试的装置，所述装置用于对试件进行III型断裂韧度测试，所述试件为圆柱体结构，所述试件的周侧外壁上环绕设置有预制裂缝，所述预制裂缝沿所述试件的轴向和径向延伸；

所述装置包括：

底座；

入射杆，所述入射杆设置于所述底座上，且可相对于所述底座移动；

透射杆，所述透射杆与所述入射杆同轴且间隔相对设置，在对所述试件进行III型断裂韧度测试时，所述试件位于所述入射杆与所述透射杆之间，且所述试件的轴向与所述入射杆和所述透射杆的轴向相互平行；

轴压装置，所述轴压装置包括设置于所述底座上的第一轴压装置和第二轴压装置，所述第一轴压装置与所述入射杆远离所述透射杆的一端抵接，且与所述入射杆转动连接，所述第一轴压装置用于对所述入射杆施加压力；所述第二轴压装置与所述透射杆远离所述入射杆的一端抵接，用于对所述透射杆施加压力；

扭矩加载装置，所述扭矩加载装置设置于所述底座上且与所述入射杆连接，用于对所述入射杆施加扭矩。