CN110514528A - 一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***及方法 - Google Patents

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董天宝
颜熹琳
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Abstract

本发明公开了一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***及方法，该***包括计算机、控制器、伺服液压加载***、致裂针头和压力传感器，所述计算机用于将加压指令发送给控制器，所述控制器用于将指令下发给伺服液压加载***，所述伺服液压加载***用于对致裂针头施加压力，所述致裂针头作用在***结构件上，致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并由控制器反馈至计算机。该方法由于其试样准备周期短，测试方法简单，且对试样形貌没有特殊要求等优点，可在保证测试精度的条件下快速测得***结构件拉伸强度的分布情况。

Description

一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***及方法
技术领域
本发明涉及结构力学技术领域，具体涉及一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***及方法。
背景技术
高聚物粘结***(Polymer Bonded Explosive，PBX)是广泛用于炮弹、核武器、导弹等战斗部的装填***，它由高能***、粘结剂等按一定比例混合，再经一定工艺压制加工形成一定构型的***结构件。为准确设计、评估、校核***结构件的承载能力，需要获得***结构件中包括材料强度在内的力学性能分布情况。由于***材料的拉伸强度远小于压缩强度，因此其拉伸强度的准确测试更为重要。目前***材料拉伸强度的测试方法主要包含基于哑铃试样的直接拉伸法和间接拉伸法。直拉法是一种广泛应用的材料拉伸强度测试方法，直接获得材料的拉伸强度，是GJB772A-1992中规定的测试方法，但试验前需要将***件取样并加工成标准哑铃状(Φ65×15mm或Φ103×15mm)，由于哑铃试样尺寸较大，一个PBX***结构件中仅能取出少量哑铃试样，因此无法获得***结构件拉伸强度的分布情况。为克服这些问题，目前常采用以巴西试验为代表的间接拉伸法，即将***件结构件解剖加工成若干巴西试验用圆片(Φ20×6mm)，由于其尺寸较小，一个***结构件中可取出大量试样，分别进行巴西试验间接获得拉伸强度分布。但是，一方面由于巴西试验中样品起裂位置并非单轴应力状态，对于非线弹性材料、静水压力相关材料的测试误差较大；另一方面需要加工大量巴西试样并开展测试，试样准备周期长，试样时间长，时间成本巨大。因此，目前缺少一种既能保证测试精度、又能快速测试***结构件拉伸强度分布情况的测试方法。
发明内容
本发明的目的是为了填补***结构件拉伸强度分布情况快速测试方法的空白，提供一种基于液压致裂法的可应用于***结构件拉伸强度分布情况的测试方法，该方法由于其试样准备周期短，测试方法简单，且对试样形貌没有特殊要求等优点，可在保证测试精度的条件下快速测得***结构件拉伸强度的分布情况。
为了达到上述技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***，所述***包括计算机、控制器、伺服液压加载***、致裂针头和压力传感器，所述计算机用于将加压指令发送给控制器，所述控制器用于将指令下发给伺服液压加载***，所述伺服液压加载***用于对致裂针头施加压力，所述致裂针头作用在***结构件上，致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并由控制器反馈至计算机。
本发明还提供了一种***结构件拉伸强度分布情况的测试方法，具体为，先将***结构件解剖成多个小块试样并记录每个小块试样的空间位置信息，然后在每个试样上钻取钻孔，将致裂针头放入钻孔内并密封，通过计算机向控制器发送加压指令使伺服液压加载***对管路施加压力，此时致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并反馈至计算机，随着压力逐渐增大，试样孔壁破裂，由破裂时管路压力即可得到该试样的拉伸强度，通过每块试样的拉伸强度数据以及位置信息得到***结构件拉伸强度的分布情况。
进一步的技术方案为，所述试样的尺寸大于钻孔孔径的1.5倍。
支撑原理如下：在试样上钻孔，并由孔内部施加均匀压力，其理论模型为：假设在无限大平面内有一半径R的圆孔，孔内受均匀内压P作用且无外场应力作用，圆孔附近的应力状态为：
式中：σr、σθ分别为孔壁径向应力和切向应力，MPa；P为孔内液体压力，MPa；r为到圆心O的距离，mm；R为小孔半径，mm。
可见，σr是压应力(负值)，σθ为拉应力(正值)。当r等于R时(即孔壁处)，σr达到最大压应力，σθ达到最大拉应力，即：
σr＝-P,σθ＝P (2)
由于脆性材料的拉伸强度小于压缩强度，当内压不断增加到材料的拉伸强度时，孔壁将最先出现破裂(即孔壁切向应力达到材料的抗拉强度)，此时有：
σθ＝σt＝Pb (3)
式中：σt为材料的拉伸强度，MPa；Pb为破裂压力，MPa。通过测量破裂压力就可确定脆性材料的拉伸强度，裂纹将随机出现在孔壁的最薄弱处。
测试试样尺寸需要满足“小孔口问题”的两个条件，即孔口尺寸远小于试样尺寸且孔边距试样边界较远(即试样有效尺寸需要大于1.5倍孔口尺寸)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：第一，由于该方法对试样要求低(任意形貌试样均可，不需要刻意加工试样成哑铃状或者圆柱状等)，试样用量少(仅需要保证试样有效尺寸大于孔径1.5倍即可)，可对一个***件结构件取出大量被测样品，可有效提高拉伸强度分布情况的有效数据量，达到拉伸强度分布情况测试的目的。第二，因为试样准备周期短，测试流程简单，因此测试效率高。第三，试样是直接测试得到的孔壁处破坏应力，拉伸强度测试精度高。该方法不仅可用于***结构件，也可用于其他在拉伸强度应力以下满足线弹性假设材料的结构件。
附图说明
图1为***结构件拉伸强度分布情况的测试***示意图；
图2为无限大平面受内压作用示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***，所述***包括计算机、控制器、伺服液压加载***、致裂针头和压力传感器，所述计算机用于将加压指令发送给控制器，所述控制器用于将指令下发给伺服液压加载***，所述伺服液压加载***用于对致裂针头施加压力，所述致裂针头作用在***结构件上，致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并由控制器反馈至计算机。
实施例2
一种***结构件拉伸强度分布情况的测试方法，具体为首先将***结构件机械解剖为任意形状小块(满足有效尺寸大于1.5倍孔径)并记录每块***位置信息，然后对每块试样进行拉伸强度测试，最后结合每块试样的拉伸强度数据以及位置信息获得***结构件拉伸强度的分布情况。每块试样测试流程如下：首先在试样上钻出一定深度、致裂针头直径的孔洞，将致裂针头放入孔洞并对孔口进行密封。通过计算机将加压指令发送给控制器，控制器再将指令下发给执行单元(伺服液压加载***)，液压油经液压管路传递到致裂针头和试样孔处，此时裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器以保证管路内压力的精确变化，同时控制器将压力反馈到计算机以便于人员对实验过程的监控。当致裂针头压力增大到材料拉伸强度时，试样孔壁发生破裂，测试结束，监测到的管路最大压力即为该块***的拉伸强度。
支撑原理如下：在试样上钻孔，并由孔内部施加均匀压力，其理论模型为：假设在无限大平面内有一半径R的圆孔，孔内受均匀内压P作用且无外场应力作用(如图2)，圆孔附近的应力状态为：
式中：σr、σθ分别为孔壁径向应力和切向应力，MPa；P为孔内液体压力，MPa；r为到圆心O的距离，mm；R为小孔半径，mm。
可见，σr是压应力(负值)，σθ为拉应力(正值)。当r等于R时(即孔壁处)，σr达到最大压应力，σθ达到最大拉应力，即：
σr＝-P,σθ＝P (2)
由于脆性材料的拉伸强度小于压缩强度，当内压不断增加到材料的拉伸强度时，孔壁将最先出现破裂(即孔壁切向应力达到材料的抗拉强度)，此时有：
σθ＝σt＝Pb (3)
式中：σt为材料的拉伸强度，MPa；Pb为破裂压力，MPa。通过测量破裂压力就可确定脆性材料的拉伸强度，裂纹将随机出现在孔壁的最薄弱处。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明专利的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进(如改变特征尺寸等)，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种***结构件拉伸强度分布情况的测试***，其特征在于，所述***包括计算机、控制器、伺服液压加载***、致裂针头和压力传感器，所述计算机用于将加压指令发送给控制器，所述控制器用于将指令下发给伺服液压加载***，所述伺服液压加载***用于对致裂针头施加压力，所述致裂针头作用在***结构件上，致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并由控制器反馈至计算机。
2.一种***结构件拉伸强度分布情况的测试方法，其特征在于，先将***结构件解剖成多个小块试样并记录每个小块试样的空间位置信息，然后在每个试样上钻取钻孔，将致裂针头放入钻孔内并密封，通过计算机向控制器发送加压指令使伺服液压加载***对管路施加压力，此时致裂针头处的压力变化通过压力传感器采集至控制器并反馈至计算机，随着压力逐渐增大，试样孔壁破裂，由破裂时管路压力即可得到该试样的拉伸强度，通过每块试样的拉伸强度数据以及位置信息得到***结构件拉伸强度的分布情况。
3.根据权利要求2所述的***结构件拉伸强度分布情况的测试方法，其特征在于，所述试样的尺寸大于钻孔孔径的1.5倍。
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