一种动力冲击下脆性固体材料的长期寿命评价方法

本发明涉及固体力学工程，尤其涉及一种动力冲击下脆性固体材料的长期寿命评价方法。

背景技术：

1、脆性固体材料是不同的工程领域，例如土木工程、航天工程、交通工程等，应用广泛的一种材料，具体脆性固体材料包含玻璃、陶瓷、混凝土、岩石等，这些脆性固体材料可以承受较大的压缩荷载，因此工程中经常利用这些材料的抗压性能设计各种满足工程需求的结构。但是这些材料的拉伸力学性能较差，在这些脆性固体材料工程结构中，难免会受到来自外部拉伸荷载的影响因素，进而导致脆性固体材料工程结构产生断裂破坏的风险。

2、因此，能够很好的评价脆性固体材料长期寿命性能具有重要意义。此外，这些脆性固体内部往往存在着大量的微裂隙，这些微裂隙对于脆性固体长期寿命性能起着至关重要作用。目前能够通过理论方程，来解释脆性固体材料内部微裂纹扩展导致长期寿命性能的方法很少，因此，提出一种脆性固体材料长期寿命的评价方法，将对于脆性固体材料工程结构安全设计具有重要实践价值，需要一种动力冲击下脆性固体材料的长期寿命评价方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术问题而提出的一种动力冲击下脆性固体材料的长期寿命评价方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明包括以下步骤:

4、a、获取所述脆性固体材料的单轴轴向动力冲击与恒定荷载方向上轴向应变与时间关系试验曲线；

5、b、通过三维电镜扫描技术扫描所述脆性固体材料，确定其内部缺陷体积，进而确定所述脆性固体材料的微缺陷密度 d0，初始损伤取值大于0且小于1；

6、c、利用三点弯曲断裂力学实验，确定所述脆性固体材料的准静态断裂韧度 kic；

7、d、通过双扭亚临界裂纹扩展测试仪器，测取恒定荷载作用下所述脆性固体材料由于化学作用导致的裂纹扩展过程中的应力侵蚀指数 n，特征裂纹速率 v；

8、e、通过直接剪切试验仪器，确定所述脆性固体材料的滑动摩擦系数 μ；

9、f、基于断裂力学理论，建立动力冲击荷载作用下所述脆性固体材料在长期流变破坏过程中压应力 σ1t与压应变 ε1t的关系方程以及理论曲线,方程式如下：

10、                              (1)

11、式中， lt代表脆性固体材料内部的裂纹长度随时间演化规律， ddyt代表受到动力冲击扰动下的脆性固体材料内部动力损伤随时间演化规律；

12、g、确定参数 a，参数 φ，参数 m，参数 ε0 ，参数 β后计算得到动力冲击荷载作用下的应变与时间关系曲线用于评价动力冲击荷载下所述脆性固体材料的长期寿命。

13、进一步地，在步骤f中参数 lt的具体裂纹长度与时间关系式，可以通过关于裂纹长度 l的时间微分方程求解确定，计算公式如下：

14、                          (2)

15、式中：

16、                                                 (3)

17、                                                (4)

18、                                               (5)

19、                                             (6)

20、其中，参数 σ1t代表脆性固体材料所承受的轴向应力随时间演化规律。

21、进一步地，在方程（2）中，裂纹长度时间微分方程中的初始裂纹迭代长度值，可以根据应力 σ1与裂纹长度 l关系方程确定：

22、               (7)

23、式中：

24、             (8)

25、            (9)

26、            (10)

27、            (11)

28、               (12)

29、式中，参数 d0 为该体材料微缺陷密度；参数 kic为脆性固体材料的断裂韧度，参数 μ为滑动摩擦系数，理论计算中轴向压应力 σ1为负数，参数 σ1l为承受的具体荷载的初始应力，参数 ddyt通过定义动力损伤与时间相关的函数 f( ddy, t)=0确定，该函数描述动力损伤与时间关系，参数 σ1t通过定义一个脆性固体材料承受的外部应力与时间关系函数 f( σ1, t)=0确定。

30、进一步地，所述参数 a，参数 φ，参数 m，参数 β具体值根据步骤f中的理论计算得到的的动力冲击下的应变与时间关系理论曲线，与步骤a中试验得到的压应力与压应变关系曲线对比分析计算确定，所述参数 m选取值1、2、3，参数 β取值大于0且小于1, 参数 a是脆性固体材料内部初始缺陷平均尺寸，取值一般小于4mm， 参数 φ是初始缺陷角度，其取值大于0且小于90。

31、进一步地，所述参数 ε0通过步骤a中应变时间关系曲线中的失效应变的最大值确定。

32、相比现有技术，本发明的有益效果为：

33、本发明利用脆性固体材料承受单轴动力冲击压缩荷载作用下的试验，测取动力冲击荷载下的脆性固体材料的长期变形破坏特征，分析动力冲击荷载导致脆性固体材料的动力损伤，对脆性固体材料长期变形直至破坏的时间影响，验证本发明的合理性进一步预测评价不同动力冲击荷载影响下，脆性固体材料的长期寿命变化规律。