專利名稱：多次沖擊下材料動態(tài)損傷的評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評價方法，特別是涉及一種材料在多次沖擊下動態(tài)損傷的評價方法。
背景技術(shù)：
高新技術(shù)武器、恐怖主義襲擊、突發(fā)性的爆炸和撞擊事故對現(xiàn)有防護材料和防護 結(jié)構(gòu)提出了嚴峻挑戰(zhàn)。防護工程結(jié)構(gòu)在使用中常常受到多次沖擊荷載的作用，因此必須進 行材料抗多次沖擊設計，抑制材料在多次沖擊下的損傷開裂過程，提高防護工程結(jié)構(gòu)的抗 多次打擊的能力。中國科技大學胡時勝、張磊等通過SHPB裝置對混凝土長桿形試件進行 了低速重復加載，結(jié)果表明在試件內(nèi)部存在損傷演化，而且這種演化還有個累計過程(混 凝土材料層裂強度的實驗研究，工程力學，2004，21 (4) :128-132)。哈爾濱工業(yè)大學潘景龍 等采用電液伺服試驗機進行了 FRP約束混凝土圓柱體試件多次打擊試驗，應變率為0. 2/ s，結(jié)果表明經(jīng)每次打擊后的材料的剛度逐漸衰減，但有收斂趨勢，經(jīng)受多次打擊后的試件 與未經(jīng)受多次打擊的試件相比，其準靜載下的初始彈性模量降低，強度基本不變，極限應變 提高(武器間接命中條件下FRP約束混凝土抗多次打擊能力，復合材料學報，2004，21 (5) 128-133)。文獻中的多次沖擊試驗均在較低的應變率下進行，且沒有給出材料在多次沖擊 下?lián)p傷程度的變化過程和定量評價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種材料在多次沖擊下動態(tài)損傷程度的定量評價方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種多次沖擊下材料動態(tài)損傷的評價方法， 步驟如下第一步采用超聲波法測量并計算沖擊試驗前試件中的原始平均波速V(l ；第二步對試件進行多次沖擊試驗；第三步采用超聲波法測量并計算試件在第n次沖擊后的平均波速vn ；第四步計算試件在第n次沖擊后的損傷因子Dn = l-vn2/v02 ；第五步計算至少3個相同材料組成的試件在第n次沖擊后損傷因子的算術(shù)平均 值&，用不同沖擊次數(shù)下的&來評價該材料的動態(tài)損傷程度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點本發(fā)明采用超聲波無損探測技術(shù)，在不破壞 材料自身狀態(tài)的情況下，定量測量材料的動態(tài)損傷，測量方法簡便，適用于測量各種不同性 質(zhì)的材料，可用于材料和結(jié)構(gòu)在爆炸、沖擊、侵徹等動態(tài)荷載作用下?lián)p傷程度的定量評價。 本發(fā)明通過在試件多個不同位置進行測量和對多個試件進行測量并取算術(shù)平均值，提高了 評價方法的準確性和可靠性。本發(fā)明定義了材料在不同沖擊次數(shù)下的動態(tài)損傷因子，通過 該因子的定量變化過程，可以對不同材料的抗多次沖擊性能進行定量比較和評價。本發(fā)明 將在國防和人防工程、核設施防護工程、石化防爆工程的抗多次沖擊設計領(lǐng)域得到廣泛應 用，評價和提高防護工程結(jié)構(gòu)的抗多次打擊能力。


附圖為本發(fā)明的超聲波法測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。本發(fā)明多次沖擊下材料動態(tài)損傷的評價方法，步驟如下第一步采用超聲波法測量并計算沖擊試驗前試件中的原始平均波速V(l，平均波 速為試件上至少5個不同位置波速v的算術(shù)平均值。其中v = L/t，t為超聲波在試件前后 表面的傳播時間，L為試件前后表面的距離；第二步對試件進行多次沖擊試驗；第三步采用超聲波法測量并計算試件在第n次沖擊后的平均波速vn，平均波速 為試件上至少5個不同位置波速v的算術(shù)平均值；第四步計算試件在第n次沖擊后的損傷因子Dn = l-vn2/v02 ；第五步計算至少3個相同材料組成的試件在第n次沖擊后損傷因子的算術(shù)平均 值,用不同沖擊次數(shù)下的來評價該材料的動態(tài)損傷程度。如附圖所示，在上述各步驟中的超聲波法測量裝置包括超聲波探測儀1、發(fā)射器 2、試件3和接收器4。在試件的兩平行表面上涂上黃油作為耦合劑，由發(fā)射器產(chǎn)生的超聲波 經(jīng)過一定厚度的試件后被接收器接收。在上述各步驟中，沖擊試驗可以采用落錘、分離式霍普金森壓桿、爆炸加載等能產(chǎn) 生高應變率荷載的方法。本發(fā)明將在國防和人防工程、核設施防護工程、石化防爆工程的抗多次沖擊設計 領(lǐng)域得到廣泛應用，評價和提高防護工程結(jié)構(gòu)的抗多次打擊能力。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明采用直徑為74mm的分離式霍普金森壓桿對不同組成的材料進行了多次沖 擊試驗，試件為直徑70mm、厚度34mm的圓柱體。試件的上下表面經(jīng)高精度磨床打磨，確保兩 端面不平度公差< 0. 02mm。實施例1采用分離式霍普金森壓桿對表1中材料A進行了多次沖擊試驗中，第一次沖擊的 彈速為18m/s，此后各次沖擊的彈速均為22m/s。表2中列出了測試結(jié)果。實施例2采用分離式霍普金森壓桿對表1中材料B進行了多次沖擊試驗中，第一次沖擊的 彈速為18m/s，此后各次沖擊的彈速均為22m/s。表2中列出了測試結(jié)果。實施例3采用分離式霍普金森壓桿對表1中材料C進行了多次沖擊試驗中，第一次沖擊的 彈速為18m/s，此后各次沖擊的彈速均為22m/s。表2中列出了測試結(jié)果。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，材料A不含增強纖維，因此抗多次沖擊性能較低，經(jīng)過2次 沖擊后材料的平均損傷因子為1，材料完全破碎。材料B中含3%的增強纖維，抗多次沖擊的 能力有所提高，平均損傷因子的發(fā)展速度較慢，經(jīng)過5次沖擊后達到0. 95，材料完全破壞。材料C含4%的增強纖維，抗多次沖擊能力最強，每次沖擊后的平均損傷因子均低于前兩種 材料。經(jīng)過5次沖擊后材料C的平均損傷因子僅為0. 47，材料雖然開裂，但裂而不散，仍保
持一定的完整性。因此本發(fā)明提出平均損傷因子可以定量評價材料在多次沖擊下的損傷
過程，在相同的沖擊荷載作用下，i3 越小，材料的抗沖擊性能越強。表 1 表 2
不同沖擊次數(shù)下的
M - 第一次第二次第三次第四次第五次 平均損傷因子_
權(quán)利要求
一種多次沖擊下材料動態(tài)損傷的評價方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步采用超聲波法測量并計算沖擊試驗前試件中的原始平均波速v0；第二步對試件進行多次沖擊試驗；第三步采用超聲波法測量并計算試件在第n次沖擊后的平均波速vn；第四步計算試件在第n次沖擊后的損傷因子Dn＝1-vn2/v02；第五步計算至少3個相同材料組成的試件在第n次沖擊后損傷因子的算術(shù)平均值用不同沖擊次數(shù)下的來評價該材料的動態(tài)損傷程度。FSA00000164425000011.tif,FSA00000164425000012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多次沖擊下材料動態(tài)損傷的評價方法，其特征在于第一步 和第三步中所述的平均波速為試件上至少5個不同位置波速ν的算術(shù)平均值，其中ν = L/ t，t為超聲波在試件前后表面的傳播時間，L為試件前后表面的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多次沖擊下材料動態(tài)損傷的評價方法，步驟如下第一步采用超聲波法測量并計算沖擊試驗前試件中的原始平均波速v0；第二步對試件進行多次沖擊試驗；第三步采用超聲波法測量并計算試件在第n次沖擊后的平均波速vn；第四步計算試件在第n次沖擊后的損傷因子Dn＝1-vn2/v02；第五步計算至少3個相同材料組成的試件在第n次沖擊后損傷因子的算術(shù)平均值用不同沖擊次數(shù)下的來評價該材料的動態(tài)損傷程度。本發(fā)明測量方法簡便，適用于測量各種不同性質(zhì)的材料，可用于材料和結(jié)構(gòu)在爆炸、沖擊、侵徹等動態(tài)荷載作用下?lián)p傷程度的定量評價，提高了評價方法的準確性和可靠性，可以對不同材料的抗多次沖擊性能進行定量比較和評價。
文檔編號G01N3/32GK101852705SQ20101020334
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者崔崇, 徐升, 楊春梅, 賴建中 申請人:南京理工大學