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T／CSRME 001-2019 岩石动力特性试验规程.pdf

试样素描和特征描述以明显特征优先为原则，并应包括下列 内容： a) 岩样名称、颜色、矿物成分、最大颗粒直径（外观）、结构 风化程度、胶结物性质等。 岩样内层理、节理、裂纹分布及与加载方向的关系。 c） 岩样加工质量，有无缺损现象。 d）其他应描述的内容

10.4.1动态单轴抗压试验

g）描述试样破坏后的形态及特征，回收碎块。

端面应垂直于试样轴线[湖北]楼房基坑支护施工方案，允许误差为士0.25° 同组试样数量应不少于3个

a 试验前应对SHPB系统进行校正，检查入射杆、透射杆和 吸收杆是否水平对齐；必要时在未加载试样前提下进行 空冲，应无反射波出现，确认系统可靠； b） 采用动态标定法或应变仪系统自带标定装置对系统进行 标定，标定系统电信号与应力信号之间的比例关系参见 条文说明10.5； C） 将润滑剂均匀的涂在圆柱体试样两端减小摩擦，放入入 射杆和透射杆之间，保证试样两个圆形端面与杆件端面 紧密接触； d) 检查数据采集系统，使其处于等待触发状态； e) 根据设定的冲击速度，调整好冲击气压，发射冲头； 检查试验波形，存储数据：

a 试验前应对SHPB系统进行校正，检查入射杆、透射杆和 吸收杆是否水平对齐；必要时在未加载试样前提下进行 空冲，应无反射波出现，确认系统可靠； b 采用动态标定法或应变仪系统自带标定装置对系统进行 标定，标定系统电信号与应力信号之间的比例关系参见 条文说明10.5； C） 将润滑剂均匀的涂在圆柱体试样两端减小摩擦，放入入 射杆和透射杆之间，保证试样两个圆形端面与杆件端面 紧密接触； d) 检查数据采集系统，使其处于等待触发状态； e) 根据设定的冲击速度，调整好冲击气压，发射冲头； f) 检查试验波形，存储数据；

其放置在入射杆和透射杆之间，使得涂抹了润滑剂的 试样两侧壁与杆件端面紧密接触。加载方式参见条文说

明10.4.2。 b 其余试验步骤应符合10.4.1的规定。 0.4.3 动态三轴抗压试验 a 岩石动态三轴抗压试验在岩石动静组合加载试验机上进 行，试验系统情况参见条文说明10.4.3。 b） 将围压装置组合安装完毕并放于人射杆和透射杆之间。 将润滑剂均匀的涂在试样两端，轻轻推入胶套内（胶套长 度应大于试样长度），调整入射杆、透射杆使试样紧密夹在 两杆之间。试验开始时，首先以0.05MPa/s左右的加载速 率施加围压，加至预定压力值，然后进行冲击试验。 其余试验步骤应符合10.4.1的规定。

10.4.4动静组合加载下岩石抗压试验

一维动静组合抗压试验需要在试样轴向施加一定静压后 进行冲击；三维动静组合抗压试验需要在试样轴向和径 向同时施加一定静压后进行冲击（轴向静压和径向静压 可不同）。进行试验前，最大轴压和围压宜根据工程需 要、岩石特性及试验机稳定性能选定。 b）其余试验步骤应符合10.4.1的规定

0.4.5动静组合加载下岩石劈裂抗拉试验

定，对试样施加一定静压后进行冲击；进行试验前，施加 的静压宜根据工程需要、岩石特性及试验机稳定性能 选定。 b）其余试验步骤应符合10.4.1的规定

在岩右SHPB试验中，每次冲击试验完成后应进行数据处理， 参见附录B和条文说明10.5

10.5.1动态单轴抗压强度

利用下式求得试样的平均应力、应变和应变率随时间的变化，

绘制相应曲线；根据同一时间下的岩石应力与应变值，获得应力应 变曲线。当试样产生破坏时，应力峰值点即为动态抗压强度。取 岩石应力峰值点应变率作为动态抗压试验中的平均应变率。

10.5.2动态劈裂拉伸强度

.（t）—试样中心承受的拉应力，单位为兆帕（MPa） P(t)——试样整体承受的载荷，单位为牛顿(N)

L。一岩样的长度，单位为毫米（mm）； D一一岩样的直径，单位为毫米（mm）； A。一弹性杆的截面积，单位为平方毫米（mm"） 计算结果应取三位有效数字

10.5.3动态三轴抗压强度

动静组合抗压强度和应变率的计算方法

[0.6.1记录格式与要求

试验记录一般应包括以下内容：试样编号、试样尺寸与精度、 试样描述、破坏形态、破坏载荷、试验人员和日期、试验仪器设备名 称和型号、试验室温度等。

10.6.2成果与图表

试验成果记录表如表A.4～表A.7所示

11.2.1试验系统组成

本方法采用基于电磁感应原理的粒子速度测试系统，包括爆 炸源、粒子速度计、产生脉冲磁场的螺线管（或亥姆霍兹线圈）及脉 冲电源、同步触发控制器和记录仪器

11.2.2试验装置主要参数指标

11.2.3测量仪器与记录设备

11岩石爆炸加载试验（粒子速度法）

数字式特斯拉计：量程0T～0.3T0Gs～3000Gs），分辨率 0.1Gs，测量精度士0.2%FS，采样频率应不低于200Hz。 数学示波器（或瞬态数据采集仪）：通道数应不少于 16路，单通道采样频率应不低于100MHz，通道采样记 录长度应不小于200Mb，分辨率应不低于12bit。

所用仪器设备应按有关规定校准或检定合格， 期内方可使用

11.2.4试验附属设备

a 对合粘接样品用的压力机或加压装置，压力应不小于 200kN，可长时间保压，工作台面直径应大于400mm、空 间高度应大于500mm。 b） 烘热样品用的恒温箱或加热保温装置，最高温度应不小 于60℃，温度连续可调（精度1℃），内部空间应不小于 400mmX400mmX500mm（宽X深×高）。 C 安装样品用的吊装设备（手动或电动葫芦均可），起吊重 力不小于10kN。 d 安装样品用的对心定位工装等，应依具体情况选用，必要 时应专门设计加工

11.3荷载设计与爆源制作

11.3荷载设计与爆源制作

11.3.2爆炸源制作

11.4测试参数与传感器 测试参数为粒子速度，粒子速度传感器为圆环型电磁粒子速 度计，宜采用直径0.22mm的铜漆包线制成，参见条文说明11.4。 11.5试样制备和组装

11.5.1岩样选取与试样数量

岩样采集一般要求见6.1和6.2，并满足如下要求 ）质地均匀，无明显夹杂物、夹层和断层。

11.5.2试样构形设计

11.5.3试样加工制作

有效尺寸宜比所需岩石样品大10cm左右，保证锯切后 表面光滑平整、无大的崩豁、无可见裂纹。 c）每组试验试样数量不宜少于3个

接触爆炸粒子速度测试实验

1.5.4粒子速度计安装

粒子速度计材料宜为线径0.22mm的铜漆包线，用普通环氧 树脂胶（常温固化时间24h）粘固在加工好的线槽里，溶剂宜用酒 精。具体安装步骤和要求如下： a）样品上残留在传感器线槽内的加工碎屑宜用针尖刮、吹 球吹，最后用酒精擦洗干净。 b 按不同半径测点处的粒子速度测量所需，准备合适长度 的铜漆包线（样品外要依测试需要留出足够的长度，两头 基本等长），配好适量环氧树脂胶 将样品加热（宜用烘烤方法），使其整体温度保持在 40℃~50℃。 d） 在传感器线槽内匀涂少量环氧树脂胶，从最内圈开始，依 次在各个传感器槽内嵌人漆包线，具体嵌线方法是：将漆 包线沿径向槽进人、在对应的环向槽内环绕一周后再从 原径向槽出来（按统一环绕方向，至少将外露出样品的漆

11.5.5爆炸源安装

包线的一头粘胶布做标记，最后双绞），保证漆包线不高 出样品表面，用酒精擦除被挤出槽外的多余胶，保证样品 表面无胶残留。 e） 宜用0.1mm~0.2mm厚的涤纶薄膜或类似透明薄膜覆 盖在样品表面，确认漆包线全部处于槽内后，上压平重 物块。 将安装好传感器的样品继续保温（40℃～50℃）留置4h 以上，确保环氧树脂胶初步固化。传感器安装牢固后，去 除覆盖的薄膜，检查无问题后，作为正式样品，见图9。 名 对传感器圆环线的半径和整个传感器漆包线的电阻做精 确测量，并贴标签编号，数据记录在表内

）已嵌粘好速度计的一套花岗岩非耦合空腔爆炸实验栏

后续的操作中尽量轻拿轻放

后续的操作中尽量轻拿轻放。

粒子速度测试试验原理如图10所示，测试所需的时间窗口是 冲磁场强度的峰值平台区，应具有很好的同步。测试环境要求 试验设备可靠接地，周边无大功率动力设备运行。

图10粒子速度测试试验示意图

1.8测量不确定度分析

测量不确定度分析参见附录C

11.9.1记录格式与要求

应完整记录整个试验过程中有关试验样品的构形和尺寸、传 感器及安装位置参数、爆炸源参数、同步控制系统设置参数、脉冲 滋场电源的充电电压、记录系统设置参数。必要时，应在各环节留 下照片或视频资料

11.9.2成果与图表

试验成果记录表如表A.8所示

附录A（规范性附录）试验数据表

表A.1岩样声速测试记录

附录B（资料性附录）岩石霍普金森杆抗压试验案例

本试验为大理岩的动态抗压试验，试样选自湖南省秉阳市，直 经50mm，长50mm，密度为2800kg/m²，纵波波速为3586m/s，岩 石较为均质

人射波、透射波、反射波原始信号如图B.1所示，反射波上有 段平台，具有明显的恒应变率特征。 B.4数据处理

a）对系统校正，试验前检查系统对齐情况，将其调齐；之后 空冲，确保无反射波产生。 对系统进行标定，根据条文说明中式（10.21)确定应力信 号与电信号的比例关系， C） 将润滑剂或耦合剂均匀的涂在试样两端，调整人射杆和 透射杆的位置，使试样夹在两杆之间不下落。 d 调整好数据采集系统，同时使示波器处于等待触发状态。 打开气炮压力罐气压开关，选定冲击气压。打开发射腔 开关阀门，冲头飞出，试样在冲击荷载作用下发生破坏， 利用测试系统记录应力波信号

利用波形拾取方法截取出有效的电压信号，并乘以K，， 得到应力信号，解算出各弹性杆及试样内的初始应力波： 如图B.2所示

图B.1大理岩动态压缩试验原始信号

图B.2电压信号向应力信号转换过程

b）将由零点漂移引起的应力偏差校零，计算入射端应力，并 微调各波波头起点，使其达到应力平衡状态。如图B.3所 示，人射端应力与透射应力基本吻合，符合应力平衡条件。

b）将由零点漂移引起的应力偏差校零，计算入射端应力，并 微调各波波头起点，使其达到应力平衡状态。如图B.3所 示，人射端应力与透射应力基本吻合，符合应力平衡条件。

B.3大理岩应力平衡检验

图B.4应力、应变、应变率时程曲线及应力应变曲线

在冲击加载下，试样发生典型的劈裂张拉破坏，试样表面产生 多条平行于加载方向的宏观裂纹，如图B.5所示。

B.5试样破坏模式记录

长理岩动态抗压试验典型破划

附录C（资料性附录）粒子速度的测量不确定度分析

(u)=/(w()) +(w(B)) +(w(r)

式中： W(u）一 粒子速度√的扩展不确定度； f 包含因子。在工程应用中，取f二2，则粒子速度测 量的扩展不确定置信水平约为0.95。

式中： W(u) 粒子速度√的扩展不确定度； f 包含因子。在工程应用中，取f二2，则粒子速度测 量的扩展不确定置信水平约为0.95。

1为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不 同的用词，说明如下： a）表示很严格，非这样做不可的； 正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。 b) 表示严格，在正常情况下均应这样做的； 正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。 C 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应该这样做的； 正面词采用“宜”；反面词采用“不宜”。 表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。 2条文中指定应按其他有关标准、规范执行的写法为“应 按...执行”或“应符合..的要求（或规定）”。

所以可以用试样端部的载荷传感器测量试样受力的大小。动载试 验机为了达到较快的加载速度，一般采用高压气体加载，而为了使 加载过程稳定，可采用高压气体驱动液压油的方式，快速加载原理 见图9.1：

图9.1快速加载原理图

动载试验机的基本组成如图9.2所示。

动载试验机基本组成示意

试验前储能器中为高压气体，加载时打 高压气体压 力推动活塞快速移动，通过液压油将载荷传递到主缸活塞，主缸活 塞对试样施加快速压力，试验中可通过调节阀改变加载速度。

类似的试验设备还有气动快速加载试验机、落锤试验机等，但 这些设备的加载速度稳定性不理想，如果采用此类设备可参考本 标准开展试验。 9.2.2动载机试验加载速度较快，所以试验中除了需要静态试验 中的必备仪器设备之外，还需要动态测量仪器与设备。电阻应变 片是最常用的测量动态应变的传感器，一般常用的电阻应变片响 应频率都很高，可满足动载机试验要求，所以不做特殊规定。载荷 专感器种类较多，最常见的是应变式载荷传感器，试验证明其响应 预率可满足动载机试验要求，而且可以方使地使用动态应变仪进 行测量，推荐采用。载荷传感器一般进行静态校准或检定，在具备 条件时宜进行动态校准或检定，当连接导线较长时应考虑导线电 阻对测量结果带来的误差。 9.3鉴于圆柱体试样具有轴对称性，应力分布均匀，而且试样可 以直接取自钻孔岩芯，在室内加工程序简单，本试验推荐圆柱体试 样为标准试样。在没有条件加工圆柱体试样时，允许采用方柱体 式样进行单轴抗压试验，但试样高度与边长的比值宜为2.0～2.5， 考虑到岩石的种类较多，强度差异也很大，载荷传感器宜在满量程 的20%～80%之间使用，所以充许采用直径100mm的圆柱体试 详对强度较低的岩石进行动载机试验，以减少载荷传感器的更换 频率。如果需要将动载机试验结果与静态试验结果进行对比，则 应采用与静态试验相同形状和尺寸的试样， 由于动载机试验将试样视为均匀介质，所以应保证试样的受 力均匀性，降低因各种裂隙、夹层等缺陷对试验精度的影响。同 时，岩右的力学特性分散性较大，试样数量过少不宜于研究加载速 度对力学特性的影响，所以相同状态的试样数量不应少于3个，同 时试验结果宜采用多个试样的平均值， 9.4.1动态抗压试验只需测定试样最大载荷即可得到抗压强度， 日试验的加载速度以应变率进行衡量，所以采用应变片来测定应 变率。静态试验中可采用应变片或位移传感器（或千分表）来测量 应变，但是由于位移传感器（或千分表）必须用固定支架进行安装，

动载机试验中难以保证固定支架的稳定性和测量数据的有效性 所以规定采用应变片来测量试样的应变。应变片的粘贴方法与静 态试验中的方法相同。 应变式载荷传感器可通过测量应变得到载荷值，可直接接入 动态应变仪，其他种类的载荷传感器也可采用，但应配备相应的信 号调理设备，将载荷值转换为瞬态数据采集仪可采集的电信号。 仪器设备应可靠接地以降低外界电磁干扰引起的测量误差。 试样的对中对于测定单轴抗压强度有一定的影响，不进行预 压对中会增加试验结果的离散性，不利于研究加载速度对单轴抗 压强度的影响，所以对预压对中试样的步骤要求较为严格。静态 试验中建议按照同样的方法和标准进行试样对中。 对试样施加一定的接触压力是为了减小试样与试验机压板的 接触间隙，使两者接触均匀。如果不对试样施加接触压力，会使试 验初期加载不均匀，产生不必要的初始冲击和扰动，有可能造成载 荷与时间关系曲线的抖动，增加试验结果的离散性。 瞬态数据采集仪一般配有专用软件，各种试验参数的设置均 需按照其软件说明来完成。为保证采集到峰值载荷，规定从开始 加载到峰值载荷的时间内至少采集100个数据点，数据点过少有 可能采集不到峰值载荷。触发采样程序一般可按照载荷测量通道 进行内触发设置，也可以用动载试验机的启动加载信号进行外触 发设置

裂抗拉试验中试样的拉伸应变在空间上并非均匀分布，在试样端 面圆心位置达到拉伸应变的最大值，所以应在圆心位置测量拉伸 应变值，并规定应变片栅长的最大尺寸应不大于试样直径的1/5。 则得的拉伸应变为试样端面圆心位置在应变片栅长范围内的拉伸 应变均值，以测得的拉伸应变计算拉伸应变率带有一定的近似性。 由于岩右的劈裂抗拉强度在应变率发生数量级的改变时才会有明 显改变，所以用应变片测得的拉伸应变计算应变率的方法对本试 验带来的误差可以忽略

试验中试样与承压板之间是否增加垫条，对试验结果会产生 定影响，不同的静态劈裂抗拉试验规程对是否使用垫条以及垫 条的材料、尺寸有不同的规定，其基本原则是垫条的硬度与岩右试 样硬度相匹配，且垫条的宽度不宜大于试样直径的1/10，垫条长 度应大于试样高度，坚硬岩右可不使用垫条。动载机试验的目的 主要是研究加载速度对力学特性的影响，所以试验中应采用与静 态劈裂抗拉试验一致的试验状态，根据试验需要确定是否增加 垫条。 9.5.1动态抗压试验中试样每一时间点的纵向应变取为两个应变 片测值的算术平均值，如果某一应变片测值出现明显异常则应舍 去该测值。试验中应变片粘贴质量对试验数据可能产生较大影 向，试验后如能收集到包含完整应变片的试样碎块，应观察应变片 是否鼓起或脱胶，如发生上述现象应考虑对试验结果的影响。由 于试验中对试样施加了接触压力，纵向应变应有很小的初始值。 9.5.2动态弹性模量、泊松比、割线弹性模量、岩石泊松比的计算 方法参照相关静态试验规程制定，其目的依然是进行相同状态下 动载试验结果与相应静态试验结果的对比。特殊条件下，如果静 态试验中采用了其他方法计算弹性模量和泊松比，动载试验中可 采用与其一致的方法计算弹性模量和泊松比。

图10.1分离式霍普金森压杆试验系统基本组成示意图

如图10.1所示，在一定的气压作用下，冲头将以一定的速度

图10.2应力波在试样与弹性杆交界面上的作用

根据一维弹性波理论，并且考虑加载时间，可知端面A，、A2 处的载荷分别为

根据SHPB装置的均匀化条件，即经多次反射后，试样两端的 应力应变趋于平衡，可以求得试样的平均应力、应变和应变率随时 间的变化，即

,(t)=[o(t)r(t)+(t)A/(2A,) E（t)= [o(t)+r(t)—r(t)]dt CeLsJ E（t)： 1 [o(t)+R(t)O(t) P.C,Ls 当试样两端达到受力平衡状态时，可以引入平衡性 EI+ER=ET 根据入射杆和透射杆之间试样的应力应变关系，则 O(t)—OR(t)=0T(t) 将式（10.10）代入式（10.8）后，可以转变为更简单 形式

,(t) (t) OR(t)dt PeceL 2 E,(t): Or(t) P.c.Ls

Joi(t)dt UR A."oi(t)de

0（t) 某一时刻t的透射应力，单位为兆帕（MPa)； PC 弹性杆的波阻抗，单位为于克每平方米秒kg/（m²·s)： P,C 试样的波阻抗，单位为千克每平方米秒[kg/（m²·s)]； L 试样的长度，单位为毫米（mm）； 应力波延续时间，单位为微秒（us）； A 弹性杆的截面积，单位为平方毫米（mm²）； 试样的截面积，单位为平方毫米（mm）。 10.2 图10.3为本标准建议的纺锤形冲头几何尺寸及对应的半正 弦波形（冲头直径为50mm）

规程建议的纺锤形冲头及对应的波形（D为冲头直径）

10.4.2动态劈裂拉伸强度的方法借鉴了静载圆盘劈裂试验，利用

2P(t) ()+() g,(t): 元DL 元DL

选取（t）mx即为冲击劈裂下试样的动态抗拉强度

式中：L一 试样长度（厚度），单位为毫米（mm）； D一直径，单位为毫米（mm）； A一 入射杆和透射杆的横截面积，单位为平方毫米（mm²）

10.4.3动态三轴抗压试验在岩右动静组合试验机上进行，示意图 见图10.5。通过调整轴压和围压可以实现不同围压下的动态三轴 抗压试验

图10.4动态劈裂拉伸试验示意图

机构、轴向静压加载装置、围压装置和数据采集处理单元组成。实 验时，试样首先在轴压加载装置和围压装置的作用下产生试验所 需要的静态载荷，然后启动应力波发生装置，冲头撞击弹性杆，产 生一定形状的加载应力波，应力波沿入射杆传播，在试样与弹性杆

图10.5岩石动静组合试验机示意图

界面发生反射和透射，反射应力波折回入射杆，透射应力波继续前 进，进人透射杆，应变仪通过粘贴在入射杆和透射杆上的应变片采 集瞬态信号，并将信号传入微机系统进行处理，进而得到试样的各 类参数。 试样轴向静压与围压的获取通过常用的液压表实现，根据实 验所需静压大小，可以选择不同量程的液压表。通常液压表在计 数处于量程中位时具有较高的精度，实际操作中，可根据研究目的 的不同选择不同量程的液压表，使所关心的压力值处于液压表量 程的中部。

在每次SHPB实验完成后，即可从人射杆和透射杆上获得测 试信号，测试信号通常由人射波、反射波和透射波组成。计算加载 后某一时刻岩样的应力应变和应变率，主要取决于记录到的の1，R 和波形在同一时刻上的对应点上的值。但实际记录到的波形 的基准线由于受外界的干扰而有所波动，同时实际记录到的波头 部分的斜率亦会由于多种因素的影响而有不同程度的偏小和不稳 定，因此必须对各波形作整体处理，以准确地寻找到各波形的数据 起始点。如图10.6所示，在进行整形处理时，对波的起点，通常预 先设定一高度H，此高度需大于由于试验误差或电噪声带来的波 形基线的振荡幅值，再顺前找到最大点B，然后再反向找到前沿上 1/n高度点C，再沿C点上下找4个点，求出其平均斜率后找到与 基线相交点D，D点即为该波的数据起始点，或t二O的点。在研 究冲击和爆破破岩效果时，常需要进行不同加载波形下的矿岩破 辞实验，因此n的取值必须根据实际记录下来的波形情况而定，对 于半正弦形波，n可取定为4，但对其他类型的波，n值应根据实际 波形情况取为大于或小于4的合适值。 b）试验系统校正 正式试验之前需要对系统进行验证，在不放试样的情况下，人 射杆和透射杆正对的端面抹上黄油，然后入射杆和透射杆贴在

起进行无试样状态下空冲，当得出的入射波和透射波信号基本一 致、反射信号趋于零时（如图10.7），表明弹性杆已经对齐，系统处 于稳定可靠状态，可进行下一步试验

C）试验系统标定 试验时，示波器得到是电信号，因此需要实现确定电信号与应 变信号或应力信号的比例关系。

图10.6原始信号识别方式

图10.7系统校正方式

1）超动态应变仪法标定 超动态仪自带校准功能，“校准”开关相当于在每个通道内设 置了一个简易标准应变模拟仪，用以方便的校准出被测信号应变 值大小。例如：在桥压为2V时，选定增益为1000时，如校准置十 000ue时，输出恰为1V，则实际增大1000倍；当置“测量”档仪器 实际记录的输出信号峰值也为1V，则说明测量信号的应变值为十 1000μE。在桥压为4V时，选定增益为500时，如校准置十1000μe 时，输出恰为1V，则实际增大也为1000倍；因此，动态应变仪的实 际增益系数可用式（10.15）计算

校准档设定的模拟应变； V 半桥连接状态下超动态应变仪正校时显示的电压幅 值，单位为伏特（V)； V 半桥连接状态下超动态应变仪负校时显示的电压幅 值，单位为伏特（V)； U。 惠斯通电桥桥压，单位为伏特（V）。 压杆上应变片的实际灵敏度（K。）在动态试验时应重新标定 比时K。为Kd。由两杆共轴撞击理论知，在用圆柱形冲头撞击后 入射杆中波后质点速度为Vo/2（V。为圆柱形冲头撞击速度），应力 皮宽为T。=2L。/C。（L。为圆柱形冲头长度，C。为弹性杆中一维弹 生纵波的波速）。由弹性波阵面上的连续性方程可得杆中人射波 的平均应变幅值为：

若杆上应变片采用半桥连接，动态应变仪的实际增益系数为 K"，桥压为U。，示波器所得信号为△U（t），于是得到入射应变信 号为

联立得到应变片的动态灵敏系数K，为：

2）动波法标定： 在发射腔内放人与人射杆同材质同直径的圆柱形冲头，冲头 与人射杆间安置测速仪，进行空冲，测出冲头速度；人射波冲击应 力根据式（10.20）进行计算得到：

采集示波器记录的信号，取出矩形人射波对应的电信号Vi， 则试验系统的应力与电信号对应关系可以定义为：

d）试验可靠性判定 在进行SHPB实验结果处理前，首先要检验这些实验结果是 否满足下面三个SHPB实验原理： 1）SHPB杆系中的应力波符合一维应力波传播特性； 2）试样变形过程中处于应力平衡状态； 3）试样的端部摩擦和惯性效应可忽略。 对于建议的SHPB杆的试样制备与放置条件，可满足系统的 维应力波假设，同时试样端部摩擦和惯性效应也基本可以忽略。 试样的应力平衡可通过试样两端应力对比进行检验，如图10.8所 示，透射波反映试样透射端应力情况，人射波与反射波的叠加结果 反映了试样人射端的应力，对于一次成功试验，试样入射端与透射 端应力应在试样破坏前基本保持相等，即试样变形过程处于应力 平衡状态。 试样的全应力应变曲线其有效性可以借助试样的应力平衡情 况及破环过程进行判定。已知2号点为试样达到应力平衡的对应 应力，4号点的对应应力为50%峰值强度。如图10.9所示，在冲

2C U(t)dz K'U.vaL.

试验系统的电信号与应变信号对应关系可以定义为：

AU)K.KU K,: E(t)

击加载过程中试样内部应力逐渐上升，最终越过峰值破坏点呈下 降趋势；在应力达到4号点的过程中，试样内部裂纹虽然不断发 展，但其始终作为一个整体承载，能够维持试样两端的应力平衡， 故而其应力应变曲线真实可靠

10.8试样的应力平衡检验

图10.9试样的全应力应变曲线有效性判定

11.4粒子速度传感器为圆环型电磁粒子速度计（一般用约 0.2mm的铜漆包线制成）。它的敏感部分构成了一个与波面相切 的完整圆环，其切割磁力线长度是圆环的周长（两端引线沿半径并 排引出，不切割磁力线，故周长是测点爆心距的2元倍），故输出信 号幅度不受波强度因儿何发散而快速衰减的影响（波后粒子速度 因球形几何发散而与测点爆心距成反比），而且信号输出反映了波 面上一条圆环线处介质动力学状态的综合平均结果

11.7一维球面波Lagrange反

式中： po和p 初始密度和当前密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）； h和r Lagrange坐标和Euler坐标DL／T 971-2017 带电作业用便携式核相仪，其关系式为：

r(h,t)=h+ u.dt

O，一一径向应力，单位为兆帕（MPa）； 。—切向应力，单位为兆帕（MPa）。 上述方程中共有5个未知量β、U、,、。和r，而独立的方程只 有3个，有2个物理量需要从实验中确定。在用径向粒子速度数 居进行计算时，假定材料泊松比不变，同时把非线性本构关系写成 具有和Hooke定律相类似的形式，只是K和G不再是常数，而是

考察径向的动量守恒条件，可得：

PC2 (11.8 式中： C 球面波波速，

(11.9)、式（11.10)：

YD／T 5072-2017标准下载图11.1拉格朗日路径线法示意图

3） 构造路径线（图11.1中的粗虚线），并用最小二乘法进行 拟合； 4）计算体积应变； 对于式（11.9），令X=h²，积分公式采用梯形公式计算，则沿 第k条量计线在时间单元（j，i十1）内相应的差分公式可写为 式(11.11);

( dX ;+1.k (E)j+1.—(E,)j. 2h2 dh dh t i.k ) (11.1 2h dh dh