利用万能材料试验机与声发射装置实现脆性材料损伤监测与控制

　　1前 言

　　随着我国现代化进程的高速发展.航空、汽车、火车的窗玻璃、人型建筑上的玻璃幕墙等工程玻璃构件以及一些家用玻璃器件的安全性和可靠性显得越来越重要。中国建筑材料检验认证中心担负着对国内各企业生产的各种玻璃构件以及国外进口的大量玻璃产品的质量和安全性进行测试检验，对产品质量把关。玻璃构件的无损性能测试(不是无损探伤)和失效预测是世界各国都期盼的具有重大实用价值的一种设想，但当前国内外都还没有任何仪器可以解决这类问题。通过对设备改造和升级，开拓这方面的功能无疑是一件可以探索的事情，也是保障我国快速发展的航空器件、火车、汽车和建筑工程中玻璃构件安全性的重要工作。在某型电子万能试验机的基础上，将具有高弹性模量的氮化硅 球做 成与之相 配 的 球 压头，配合声发射装置来捕捉玻璃构件微裂时刻的临界载荷并检测玻璃构件在一定变形或受力时的损伤和裂纹扩展状态，并用显微镜在线观测和判别接触损伤。利用赫兹接触理论和脆性断裂的均强度准则建立智能化分析模型(球形压痕及赫兹裂纹示意图见图1)，通过编制不同功能的计算机软件和各种硬件的配置，自动对力传感器和声发射的信号进行处理和分析，开拓试验机的无损测试和失效预测等功能。同时，研究玻璃和刚化玻璃在循环载荷下的临界应力随载荷速度和应力状态的变化及断裂机理，最终形成一套具有检测功能同时又有预测功能的安全玻璃性能测试系统。

　　2　试验准备

　　采用普通的钠钙硅酸盐玻璃为试验样品，样品的尺寸为5×100×100mm3。为了排除玻璃表面原有缺陷对局部强度的影响，被测玻璃样品表面要尽量无缺陷。试验前，样品表面用酒精进行清洗。样品分5组：第一组为了测出玻璃的临界荷载;第二组用临界荷载的70%进行试验;第三组用临界荷载的50%进行试验;第四组用临界荷载的30%进行试验;第五组用临界荷载的10%进行试验。

　　试验所用的设备为改造后的电子万能材料试验机，其中所增加的声发射装置监控功能是本试验的关键。声发射传感器探头可以有两种安放模式，一种是将探头通过耦合剂直接放在试验样品表面;另外一种是把探头通过耦合剂安装在压头里面，通过夹具将压头安装在试验机上，透过压头将声发射信号传递到探头，声发射最大采样频率为20MHz，这种方法的好处是声发射试验的探头放置可以不受样品大小的限制，对于小样品也可以通过该方法获取声发射信号。在试验机加载的过程中同时记录下声发射信号就可以很直观地获得与损伤信号处相对的载荷值，在试验机上可以设置第一个或者第i个声发射信号出现时就报警并自动停机，也可以一直加载直至试样破坏来观测在试样破坏前的损伤数量及其变化过程。试验所用的压球为直径为5mm的氮化硅球。