基于霍普金森原理的混凝土轴心动态拉伸断裂试验方法

摘要

本发明公开了一种基于霍普金森原理的混凝土轴心动态拉伸断裂试验方法，包括混凝土试件、应变片、数据采集仪，主要特点是：通过应变片和数据采集仪采集得到混凝土试件上的波形图；运用一维弹性波理论计算得出各组应变片所在位置的应力；将所得应力通过结合波的衰减系数公式计算得出衰减系数；通过衰减系数和所测得的断裂位置的距离求得断裂位置处的应力大小；通过公式得到平均应变率；最终得到混凝土轴心抗拉应力与应变率之间的关系。本发明适用范围广，试验可行性好，不局限于在试件和霍普金森压杆阻抗近似相同的理想化情况下使用，不用控制试件的断裂处位于中部依然可以计算出时间断裂处的应力大小。

主权项

一种基于霍普金森原理的混凝土轴心动态拉伸断裂试验方法，采用霍普金森压杆进行混凝土轴的动态拉伸断裂试验，包括混凝土轴试件(10)、入射杆(20)、子弹(30)，数据采集仪(60)，所述的入射杆(20)的撞击面与所述的子弹(30)的截面直径相等；所述的试件(10)距离撞击端处上设置有数对应变片(40)；试验时，将所述的入射杆(20)一端的垂直端面与所述的试件(10)一端的垂直端面紧密结合；所述的数据采集仪(60)记录试件(10)中传导的入射波、透射波以及反射波；所述的子弹(30)以一定的冲击力和撞击速度来撞击所述的入射杆(20)，所产生的冲击波传递到所述的试件(10)上使其发生拉伸断裂，其特征在于：该试验方法包括以下计算过程：(1)首先求出试验中得到波的传播速度并由此推导出动态弹性模量E_d＝ρc²；(2)通过所述应变片(40)测得的波形图，运用一维弹性波理论先求出位移：u(x,t)＝f(x‑ct)+g(x+ct)，接着导出应变量$ϵ(x,t)=\partial u(x,t)/\partial x=f^{\prime }(x-\mathrm{ct})-g^{\prime }(x+\mathrm{ct}),$再将应变量乘以动态弹性模量：σ(x,t)＝E[f′(x‑ct)+g′(x+ct)]，最终计算出所述各应变片(40)所在位置的应力值σ，其中，u为位移，t为时间，x为沿波速方向的坐标，c为波速，f为x正向波，g为x负向波，E为动态弹性模量；(3)通过公式计算应力波衰减系数，此等式积分后可化为σ＝σ₀e^‑αx，从而得到应力衰减公式；通过测量第一处拉伸断裂处的位置测得x，进而通过上述公式计算出断裂处的应力值；(4)通过公式得出断裂处的平均应变率，其中，为平均应变率，σ_s为在断裂位置的最大拉伸波，E_d为动态弹模，Δt为在试件(10)上的拉伸应力发生的时刻到破坏时刻经历的时间。