专利名称：利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪强度的方法
技术领域：
本发明属于材料性能测试领域，涉及一种利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪 强度的方法。
背景技术：
岩石等脆性材料的抗剪特性是一种很重要的特性。目前用于测定脆性材料抗剪性 能主要是采用变角板试验和双(单)面剪试验。变角板试验要求材料试样加工成立方体形式，利用变角板剪力仪进行抗剪测试。 利用该方法可以得到不同法向应力作用下的剪应力值，进而得到抗剪参数内摩擦角(° ) 和剪切面上的粘聚力(C)。需要注意的是，利用变角板法进行试验的关键，在于试验过程中 必须保证试样整体受力均勻，并且能够按照事先预定的剪切面破坏。如果试样在加工过程 中，加工精度不够精密，则立方体的各个平面不能完全平行，会引起剪切面上的应力分布不 均勻，发生应力集中，导致试样局部先破坏或整体过早破坏，达不到抗剪试验的要求。而且 利用变角板法测试对试验仪器要求比较严格，必须利用专用的变角板剪力仪。在放置试样 过程中，试样放置角度以30° -70°为宜。放置角度过大，试样会容易倾倒，达不到剪切目 的；放置角度过小，试样会受很大的压应力作用，试样不按预定剪切面破坏。双(单)面剪试验的试样为方柱型，试验过程中没有法向力作用，试验目的是用来 测定材料的抗剪切强度。双面剪试验可以减小因弯曲而产生的拉应力，但是切削刃处的应 力集中和拉应力不能完全消除，预定剪切面两端会发生应力集中现象，试样不按预定剪切 面破坏。单面剪试验，可以用同一试样进行多次重复试验，提高材料的利用率。但是缺点也 很明显，即无法测量弯曲应力，而且切削刃容易产生应力集中。由于上述原因，所得结果往 往偏低。

发明内容
本发明的所要解决的技术问题是，提出一种利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗 剪强度的方法。本发明的技术解决方案如下—种利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪强度的方法，其特征在于，对同心圆 柱型试样的端面均勻施加压力，记录破坏载荷P τ (N)，按下式计算得到脆性材料的抗剪强度 τ (MPa)τ = Ρτ ,
IttRH式中R为试样内部圆柱的半径(mm)，H为内部圆柱与外部圆柱共同衔接高度 (mm) ο破坏载荷？工即为试样被剪断前达到的最大剪力。对同心圆柱型试样的端面施加 压力，即将试样按图1的方向放置在承压板上，在试样的上端施加压力。
所述的同心圆柱型试样由两个同心且高度相等的内部圆柱与外部圆柱组成，且内 部圆柱的一端从外部圆柱的一端伸出。所述外部圆柱的外径为50mm、高度为30mm，内部圆柱直径为25 30mm，高度为 30mm,内部圆柱伸出外部圆柱10mm。为了消除方体试样在受剪过程中容易出现应力集中的不足，因此采用圆柱型试样 进行抗剪试验。由于试样为同心圆柱，因此试验过程中只要加载合理，预定的剪切面很自然 的在试样内部形成。利用同心圆柱型试样进行抗剪试验，要求试样加工过程中必须做到两 个圆柱同心，即试样上下两个受力面必须平行，并且垂直于试样横断面。
有益效果利用本发明的技术方案，由于试样是同心圆形状，因此在对试样施加剪力的过程 中，预定的受剪面很容易形成，同时可以消除试样受剪过程中出现应力集中的不足。另外， 利用本发明设计的同心圆试样，可以直接应用于高加载率下的SHPB(霍布金森)冲击剪切 实验，在不同的加载率条件下，所得的实验结果可以直接对比，而方形试样不能直接用于 SHPB实验系统。


图1试样形状立体示意图。
具体实施例方式以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明实施例1 进行抗剪试验时，选取外部直径为50mm、高度为30mm的圆柱型试样，内部圆柱直 径为25 30mm、高度为30mm，并且内部圆柱高出外部圆柱IOmm(见图1)。将试样安放于静 载压力试验机(如MTS、INSTR0N、RMT-150试验机等)的承压板上上，按照单轴静压试验方 式进行加载使试样破坏，加载速度0. 5 1. OMPa/s。并记录下破坏载荷，按下式计算抗剪强 度τ = Ρτ ；
IttRH式中τ为抗剪强度，Ρτ为破坏载荷，R为试样内部圆柱的半径，H为内外部圆柱 共同衔接高度。
权利要求
一种利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪强度的方法，其特征在于，对同心圆柱型试样的端面施加压力，记录破坏载荷Pτ，按下式计算得到脆性材料的抗剪强度τ <mrow><mi>&tau;</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>P</mi><mi>&tau;</mi> </msub> <mrow><mn>2</mn><mi>&pi;RH</mi> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>式中R为试样内部圆柱的半径，H为内部圆柱与外部圆柱共同衔接高度。
2.根据权利要求1所述的利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪强度的方法，其特征 在于，所述的同心圆柱型试样由两个同心且高度相等的内部圆柱与外部圆柱组成，且内部 圆柱的一端从外部圆柱的一端伸出。
3.根据权利要求2所述的利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪强度的方法，其特征 在于，所述外部圆柱的外径为50mm、高度为30mm，内部圆柱直径为25 30mm，高度为30mm， 内部圆柱伸出外部圆柱10mm。
全文摘要
本发明提供了一种利用同心圆柱型试样测试脆性材料抗剪强度的方法，其特征在于，对同心圆柱型试样端面均匀施加压力，记录破坏载荷Pτ，按下式计算得到脆性材料的抗剪强度τ式中R为试样内部圆柱的半径，H为内部圆柱与外部圆柱共同衔接高度。采用本方法，能更准确地测量脆性材料的抗剪强度。
文档编号G01N3/24GK101819115SQ201010155809
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者宫凤强, 尹土兵, 李夕兵, 杜晶 申请人:中南大学