一种玻璃冲击试验夹具及试验方法

技术领域

本发明涉及材料动力学性能实验研究设备的技术领域，更具体地，涉及一种玻璃冲击试验夹具及试验方法。

背景技术

玻璃作为一种常见的建筑材料，被广泛用在建筑门窗和玻璃幕墙中。玻璃是典型的脆性材料，在荷载作用下常发生脆裂，形成大量碎片。在建筑玻璃使用期间，在其在各种冲击作用下发生损坏，某些极端冲击荷载，如飓风产生的风媒碎片冲击、爆炸冲击波等，对建筑玻璃造成了巨大威胁。玻璃碎片产生与飞射是玻璃在爆炸冲击荷载下的破坏特征，对人员安全威胁极大，认清玻璃碎片的产生与飞射，深入了解玻璃在冲击载荷作用下的裂纹扩展及破坏模式、分析玻璃碎片的形状及飞溅速度，提出相应防护技术对保障人员安全有重要意义。

冲击荷载下建筑玻璃的碎片是由裂纹相交形成的，在试验方面，由于试验技术的困难，很少有学者研究不同速度冲击下建筑玻璃裂纹的扩展和破坏模式。尤其因缺乏相应的试验夹具与试验手段，无法成功拍摄到冲击荷载下玻璃裂缝的萌生与扩展，为裂缝发展规律的研究带来了困难。此外，针对玻璃板在不同边界条件下的破碎情况的对比尚未有研究。

因此，现有技术亟需能够顺利实现在不同边界条件下，建筑玻璃的冲击试验，利用镜子反射玻璃裂纹进入高速摄像机，观察玻璃试件的详细破环过程的技术方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种玻璃冲击试验夹具及试验方法。

本发明的技术方案如下：

一种玻璃冲击试验夹具，包括底板、支撑框架、顶部边界支撑、支撑脚、镜腿、镜子和镜架，所述支撑框架的上下两端分别与所述底板和所述支撑框架固定连接，所述镜架设置在所述底板、所述支撑框架和所述顶部边界支撑围成的空间内，所述支撑框架的两侧分别设置加固筋，所述镜架与所述镜腿转动连接，所述镜腿的底部与所述支撑脚固定连接，所述支撑脚与所述底板固定连接，所述镜子内嵌在所述镜架内。

所述镜架包括镜架面底部小托板和镜架侧面板，所述镜架面底部小托板与镜架侧面板固定连接，所述镜架侧面板与所述镜腿转动连接。

所述镜架侧面板与所述镜腿通过螺栓转动连接。

所述镜架面底部小托板与镜架侧面板通过焊接的方式固定连接。

所述底板、所述顶部边界支撑、所述镜架面底部小托板、所述支撑脚、所述镜腿和所述镜架侧面板均采用钢板制成，所述支撑框架采用四根方钢管制成，所述加固筋为

所述加固筋通过焊接的方式与方钢管固定连接。

所述支撑框架的上下两端分别与所述底板和所述支撑框架通过焊接的方式固定连接，所述镜腿的底部与所述支撑脚通过焊接的方式固定连接。

一种玻璃冲击试验方法，包括以下步骤：

S1.组装如权利要求1所述的玻璃冲击试验夹具，并将玻璃冲击试验夹具固定在试验台中；

S2.调整镜架角度，使镜子能将玻璃试件完整反射到高速摄像机；

S3.调整高速摄像与加载设备参数；

S4.进行不同速率的动力冲击试验；

S5.记录由高速摄像机捕捉到的玻璃试件冲击破坏的试验数据及图像，进行后期分析处理。

镜架包括镜架面底部小托板和镜架侧面板，所述镜架面底部小托板与镜架侧面板固定连接，所述镜架侧面板与所述镜腿通过螺栓转动连接，步骤S2中，通过松开螺栓来调整镜架角度。

步骤S1中还包括：在所述镜架侧面板底端焊接两根钢封条，放入镜子，然后在所述镜架侧面板上端焊接两根钢封条，封住镜子，从而将镜子固定在镜架中。

本发明相比现有技术的有益效果是：角度可调的镜子，可以将试验过程中的裂纹反射进入高速摄像机，从而清楚记录裂纹扩展变化规律，同时，也能对玻璃碎片的飞溅速度进行分析和处理，有助于裂纹扩展规律对研究玻璃破碎机理，建立完善玻璃的动态本构模型，有利于后续碎片特征研究与数值模拟验证。另外，该试验夹具可以实现玻璃试件的边界四点支撑或四边框支撑，对研究边界条件对玻璃破坏的影响及校正数值模拟有重要意义。

附图说明

图1是玻璃冲击试验夹具的整体结构示意图；

图2是玻璃冲击试验夹具的主视图。

图3是玻璃冲击试验夹具的侧视图。

图4是玻璃冲击试验夹具的俯视图。

图5是进行玻璃冲击试验状态下的示意图。

附图标记：1底板、2顶部边界支撑、3支撑框架、4镜架、5镜架面底部小托板、6支撑脚、7镜腿、8镜架侧面板、9加固筋、10镜子。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

如图1-4所示的玻璃冲击试验夹具，包括底板1、支撑框架3、顶部边界支撑2、支撑脚6、镜腿7、镜子10和镜架4，支撑框架3的上下两端分别与底板1和支撑框架3固定连接，镜架4设置在底板1、支撑框架3和顶部边界支撑2围成的空间内，支撑框架3的两侧分别设置加固筋9，镜架4与镜腿7转动连接，镜腿7的底部与支撑脚6固定连接，支撑脚6与底板1通过M20螺栓固定连接，镜子10内嵌在镜架4内。

镜架4包括镜架面底部小托板5和镜架侧面板8，镜架面底部小托板5与镜架侧面板8固定连接，镜架侧面板8与镜腿7转动连接，本实施例中，镜架侧面板8与镜腿7通过M16螺栓转动连接，镜架面底部小托板5与镜架侧面板8通过焊接的方式固定连接。支撑框架3的上下两端分别与底板1和支撑框架3通过焊接的方式固定连接，镜腿7的底部与支撑脚6通过焊接的方式固定连接。

本实施例中，底板1、顶部边界支撑2、镜架面底部小托板5、支撑脚6、镜腿7和镜架侧面板8均采用钢板制成，支撑框架3采用四根方钢管制成，加固筋9为

进行璃冲击试验方法，具体包括以下步骤：

S1.组装如权利要求1的玻璃冲击试验夹具，在镜架侧面板8底端焊接两根钢封条，放入镜子10，然后在镜架侧面板8上端焊接两根钢封条，封住镜子10，从而将镜子10固定在镜架4中，再将玻璃冲击试验夹具固定在试验台中。本实施例中，用螺栓将边界支撑钢板2与试验台上的夹板锁紧，夹紧冲击试验用的玻璃试件，形成四边框支边界条件，框支上的夹板与顶部边界支撑2的几何尺寸一致；本发明的其他实施例中，也可以用四个玻璃单爪支撑玻璃试件，形成四点支撑边界条件。

S2.通过松开螺栓来调整镜架4角度，来调整镜架4角度，使镜子10能将玻璃试件完整反射到高速摄像机。其中，镜架4包括镜架面底部小托板5和镜架侧面板8，镜架面底部小托板5与镜架侧面板8固定连接，镜架侧面板8与镜腿7通过螺栓转动连接。

S3.调整高速摄像与加载设备参数。

S4.进行不同速率的动力冲击试验，如图5所示，冲击头以不同的速率冲击破坏玻璃试件。

S5.记录由高速摄像机捕捉到的玻璃试件冲击破坏的试验数据及图像，进行后期分析处理。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。