CN101949800B - 压扭多轴加载试验机 - Google Patents
压扭多轴加载试验机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101949800B CN101949800B CN2010102619272A CN201010261927A CN101949800B CN 101949800 B CN101949800 B CN 101949800B CN 2010102619272 A CN2010102619272 A CN 2010102619272A CN 201010261927 A CN201010261927 A CN 201010261927A CN 101949800 B CN101949800 B CN 101949800B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- sample
- pressure chamber
- axial
- confined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 38
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 38
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 29
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 58
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000008232 de-aerated water Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种压扭多轴加载试验机，包括：机架；试样压力室，设置在所述机架上，以在其中容纳试样；轴压控制器，所述轴压控制器可操作用于设置在所述试样压力室内的试样施加轴向载荷；围压控制器，所述围压控制器可操作用于对设置在所述试样压力室内的试样施加围压载荷；以及油源系统，所述油源控制系统用于分别控制所述轴压控制器和围压控制器以施加不同路径的载荷，其中所述轴压控制器与所述围压控制器被配置成缓冲试样压力室中试样加载时轴向受力与围压受力耦合。根据本发明的压扭多轴加载试验机，可以提供集压扭组合、平面应变、真三轴等复杂加载于一体，并适于在工程建设中常用的粗粒土以及理想状土体模拟材料的静动力单元的试验。
Description
技术领域
本发明机械加载设备，特别是涉及应用于复杂加载条件下土体材料和理想粒状材料的力学特性测试试验的压扭多轴加载试验机。
背景技术
在土木工程技术领域，各类工程建设的安全性主要取决于所采用的工程材料和结构的变形、强度与稳定性。土体作为工程建设中最为广泛使用的材料、地基或环境，与工程建设的安全性密不可分。因此，对土体材料的单元试验是评价土体材料的变形强度特性与力学关系的最为基本且最为重要的手段。在现有技术中，通常采用常规三轴仪来进行土体材料的试验。但是，该三轴仪只能进行三轴压缩和拉伸等常规的试验路径。而在实际的工程中，作用在土体单元上的荷载及其路径变化是极其复杂多样的。
为了研究土体材料在各种复杂加载条件下的变形强度特性，需要不断发展满足复杂加载条件要求的试验设备。
例如，目前已经开发了空心圆柱扭剪仪和真三轴仪等来实现较为复杂的加载条件，但该空心圆柱扭剪仪和真三轴仪存在明显的不足。已有的空心圆柱扭剪仪的试样尺寸与试验机出力均过小，不能针对实际工程中存在的高应力、各种复杂加载条件下粗粒土和粒径较大的理想粒状土体模拟材料进行试验研究。此外，已有的真三轴仪尚不能解决好三个方向运动耦合、受力条件不均匀的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明用于解决现有技术中的问题中的至少一个。相应地，本发明需要提供一种压扭多轴加载试验机，所述压扭多轴加载试验机可以提供集压扭组合、平面应变、真三轴等复杂加载于一体，并适于在工程建设中常用的粗粒土以及理想状土体模拟材料的静动力单元的试验。
根据本发明的一方面，提供了一种压扭多轴加载试验机，包括：机架；试样压力室，所述试样压力室设置在所述机架上，用于在其中容纳试样；轴压控制器，所述轴压控制器可操作用于设置在所述试样压力室内的试样施加轴向载荷且包括：轴向液压缸，用于对所述试样压力室施加轴向载荷；和轴向电液伺服阀，所述轴向电液伺服阀用于伺服控制所述轴向液压缸；围压控制器，所述围压控制器可操作用于对设置在所述试样压力室内的试样施加围压载荷且包括：围压液压缸，所述对所述试样压力室施加围压载荷；和侧向电液伺服阀，所述侧向电液伺服阀用于伺服控制所述围压液压缸； 以及油源系统，所述油源控制系统用于分别控制所述轴压控制器和围压控制器以施加不同路径的载荷且包括：轴压控制油路，所述轴压控制油路驱动轴向电液伺服阀以驱动轴向液压缸产生轴向力；围压控制油路，所述围压控制油路驱动围压伺服阀以驱动围压液压缸产生侧向力；和扭转控制油路，所述扭转控制油路控制扭转电液伺服阀以驱动扭转液压缸，从而所述扭转液压缸驱动由液压缸活塞的力通过扭转装置产生扭力以作用于试样的上表面；扭转液压缸，所述扭转液压缸用于在扭转装置的作用下对试样施加扭转载荷；以及扭转装置，所述扭转液压缸驱动所述扭转装置进行扭转；其中所述轴压控制器与所述围压控制器被配置成缓冲试样压力室中试样加载时轴向受力与围压受力耦合。
根据本发明，所述压扭多轴加载试验机可以提供集压扭组合、平面应变、真三轴等复杂加载于一体，并适于在工程建设中常用的粗粒土以及理想状土体模拟材料的静动力单元的试验。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机进一步包括：孔压液压缸，所述孔压液压缸用于在油源系统的作用下对试样施加孔压载荷。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机进一步包括：内压液压缸，所述内压液压缸用于在油源系统的作用下对试样的内部施加载荷。
根据本发明的一个实施例，所述轴压控制器进一步包括：轴压串联水缸，所述轴压串联水缸与所述轴向液压缸串联连接；所述围压控制器进一步包括：围压串联水缸，所述围压串联水缸与所述围压液压缸串联连接，其中所述围压串联水缸与所述轴压串联水缸流体连通。
根据本发明的一个实施例，所述轴压串联水缸设置在所述机架的顶部，所述围压串联水缸与所述机架相邻水平设置。
根据本发明的一个实施例，所述轴向液压缸的最下方的端部设置有压扭负荷传感器，所述压扭负荷传感器用于检测施加在所述试样压力室上的轴向载荷和扭转载荷。
根据本发明的一个实施例，所述试样压力室包括：室筒；压力室盖，所述压力室盖用于盖住所述室筒的顶部开口；压力室底盘，所述压力室底盘用于密封所述室筒的底部开口；以及加荷活塞，所述加荷活塞密封地穿透所述压力室盖，以对压力室内容纳的试样施加载荷。
根据本发明的一个实施例，所述机架包括：底座；设置在所述底座中的升降机构；四根支架，所述四根支架竖直设置在所述底座上；中横梁，所述中横梁用于水平地固定所述四根支架；两根立柱，所述两根立柱设置在所述中横梁上；以及上横梁，所述上横梁用于水平地固定所述两根立柱。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机，进一步包括：制样系统，所述制样系统包括：空心圆柱试样制样装置，用于形成空心圆柱试样；三轴试样制样装置，所述三轴试样制样装置用于形成三轴试样；以及真三轴试样制样装置，所述真三轴试样制样装置用于形成真三轴试样。
根据本发明的一个实施例，所述油源系统进一步包括：孔压控制油路，所述孔压控制油路用于驱动孔压液压缸以对所述试样产生孔压；以及内压控制油路，所述内压控制油路用于驱动所述内压液压缸以对空心试样产生内压。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机进一步包括：水气系统，所述水气系统用于控制：所述试样压力室内的供水；所述试样压力室内的围压控制；向放置在试样压力室内的试样内部浸饱和水；加反压以测量所述试样压力室内的围压；以及施加上下孔压。
根据本发明的一个实施例，所述水气系统包括：反压罐，包括封闭的体变量罐，所述体变量罐的上部容纳压缩空气、下部容纳液体；设置在所述体变量罐内的磁致伸缩液位传感器，以测量所述反压罐内的体变化；空压机，所述空压机用于提供具有预定压力的压力气体；以及真空泵，所述真空泵连接至所述的试样压力室的内部，以对设置在试样压力室内的试样抽真空。
根据本发明的一个实施例，所述试样压力室为真三轴压力室，所述真三轴压力室进一步包括：四个橡皮囊，所述橡皮囊设置在所述室筒的四个侧壁内，且可向所述橡皮囊内供给液体，以施加垂直于轴向的压力；边角加力装置，所述边角加力装置分别设置在所述室筒的拐角以施加边角力。
根据本发明的一个实施例，所述试样压力室为平面应变压力室，所述平面应变压力室进一步包括：两个橡皮囊，所述橡皮囊设置在所述室筒的两个相对的侧壁上，所述橡皮囊被限制在刚性方框内且可向所述橡皮囊内供给液体；以及正面加力装置，所述正面加力装置用于对设置在所述平面应变压力室中的试样施加沿着预定方向的变形限制。
根据本发明的上述实施例，与现有的实验设备相比，所述压扭多轴加载试验机的优点在于，
1)试验机出力大；
2)试样尺寸大且可调整，试样形状包括实心圆柱、空心圆柱和立方体三种；
3)扭转剪切力与轴力作用互不干扰；
4)扭转角度动静态均匀可控；
5)作用在空心圆柱试样上的扭力、轴力、试样内外压，立方体试样上的三向作用力，以及体变或孔隙水压力均采用电液伺服自动控制系统，可根据试验要求有效地实现多种静动态任意组合加载的复杂应力路径；
6)可实现多种控制模式，包括应力控制、应变控制、应力应变交替和组合控制；
7)实现基于微机自动控制的多通道数据采集；
8)可实现不规则波的动态加载。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的示意图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的主体部分的结构示意图；
图3显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的工作原理示意图；
图4显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的油源系统的结构示意图；
图5显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的水气原理示意图；
图6A显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的真三轴压力室的剖视图，图6B显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的真三轴压力室的俯视图；以及
图7A显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的平面应变压力室的剖视图，图7B显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的平面应变压力室的俯视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面将参照附图来详细描述根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机。本发明的压扭多轴加载试验机由五部分组成：
1)主机部分：主机刚性框架，压扭试验压力室、真三轴试验压力室或者平面应变试验压力室，轴压控制器、围压控制器、扭转装置与电液伺服阀、孔压作动器与电液伺服阀，扭转剪切力与轴力分离机构；
2)水气系统：试样饱和装置，真空度调控装置，体变测控装置；
3)油源系统：油箱，油泵及电机，阀组，稳压系统，控制操作柜；
4)电控系统：力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、霍尔效应传感器，工控计算机，采集板与控制柜；
5)制样系统：空心圆柱试样制样装置、三轴试样制样装置、真三轴试样制样装置，真空泵，空气压缩机。
下面将参照附图来详细描述该压扭多轴加载试验机，其中图1显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的示意图；图2显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的主机部分的结构示意图；图3显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的工作原理示意图；图4显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的油源系统的结构示意图；图5显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的水气原理示意图；图6A显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的真三轴压力室的剖视图，图6B显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的真三轴压力室的俯视图；以及图7A显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的平面应变压力室的 剖视图，图7B显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的平面应变压力室的俯视图。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机包括：机架；试样压力室，所述试样压力室设置在所述机架上，用于在其中容纳试样；轴压控制器，所述轴压控制器可操作用于设置在所述试样压力室内的试样施加轴向载荷；围压控制器，所述围压控制器可操作用于对设置在所述试样压力室内的试样施加围压载荷；以及油源系统，所述油源控制系统用于分别控制所述轴压控制器和围压控制器以施加不同路径的载荷，其中所述轴压控制器与所述围压控制器被配置成缓冲试样压力室中试样加载时轴向受力与围压受力耦合。
如图1所示，所述压扭多轴加载试验机可以主要包括主机部分1、油源系统2、水气系统3、电液伺服控制系统4和制样系统(未示出)。所述主机部分1主要由机架、轴向液压缸121，围压液压缸135，围压串联水缸138，试样压力室105，压扭负荷传感器126，导轨146等组成。所述导轨146使得所述主体部分1可移动，以增加操作的灵活性。
图2显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的主机部分1的结构示意图，图3显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的工作原理示意图。
根据本发明的一个实施例，所述轴压控制器包括：轴向液压缸121，用于对所述试样压力室105施加轴向载荷；以及轴向电液伺服阀141，所述轴向电液伺服阀141用于伺服控制所述轴向液压缸121。所述围压控制器包括：围压液压缸135，所述对所述试样压力室105施加围压载荷；以及侧向电液伺服阀137，所述侧向电液伺服阀137用于伺服控制所述围压液压缸135。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机进一步包括：孔压液压缸201，所述孔压液压缸201用于在油源系统2的作用下对试样施加孔压载荷。所述压扭多轴加载试验机可以进一步包括：内压液压缸202，所述内压液压缸202用于在油源系统的作用下对试样的内部施加载荷。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机进一步包括：扭转液压缸203，所述扭转液压缸203用于在扭转装置140的作用下对试样施加扭转载荷；以及扭转装置140(未示出)，所述扭转液压缸203驱动所述扭转装置140进行扭转。
根据本发明的一个实施例，所述轴压控制器进一步包括：轴压串联水缸，所述轴压串联水缸与所述轴向液压缸串联连接；所述围压控制器进一步包括：围压串联水缸120，所述围压串联水缸120与所述围压液压缸串联连接，其中所述围压串联水缸120与所述轴压串联水缸流体连通，从而通过采用轴压串联水缸和围压串联水缸彼此串联的方式解决了试样压力室105内试样轴向受力与围压耦合的问题。
根据本发明的一个实施例，所述机架包括：底座111；设置在所述底座111中的升降机构134；四根支架115，所述四根支架115竖直设置在所述底座111上；中横梁117，所述中横梁117用于水平地固定所述四根支架115；两根立柱125，所述两根立柱125设置在所述中横梁117上；以及上横梁119，所述上横梁119用于水平地固定所述两根立柱125。即在本发明中，上框架由中横梁117、2根立柱125、上横梁119构成，底座111，4根立柱115 构成足够刚度的下框架。上横梁119上设置有轴向液压缸121，由轴压串联水缸121，轴向电液伺服阀141，蓄能器142，轴位移传感器124等组成。
在中横梁的上方可以装有扭转液压缸118，所述扭转液压缸118与扭转装置140组成扭转施力系统，从而在轴向、扭转作双向激振时、轴向施力轴沿扭转作动器活塞的铜套作上下运动。在活塞杆下方装有万向铰的支杆144，使活塞杆作水平X轴、Y轴运动时起支承作用。根据本发明的一个实施例，所述轴压串联水缸121设置在所述机架的顶部，所述围压串联水缸与所述机架相邻水平设置。
围压液压缸135和围压串联水缸120内采用组合密封，从而磨擦力小，活塞杆支承长，可承受较大的侧向力。
轴向液压缸121的上方可以串联设置围压串联水缸120，围压串联水缸120通过钢管139与主机部分1内的轴向液压缸中的围压串联水缸138相通。轴向液压缸121的活塞杆最下方端部可以安装一个压扭负荷传感器126，从而利用所述压扭负荷传感器126可以测量施加到试样上的压力载荷和扭转载荷。
围压液压缸121安装在机架的后方，由液压缸156、侧向电液伺服阀137，并串联一个柱塞水缸138组成。
根据本发明的一个实施例，所述试样压力室105包括：室筒129；压力室盖127，所述压力室盖127用于盖住所述室筒129的顶部开口；压力室底盘130，所述压力室底盘130用于密封所述室筒129的底部开口；以及加荷活塞116，所述加荷活塞116密封地穿透所述压力室盖127，以对压力室内容纳的试样施加载荷。
试样压力室105的底盘接头上可以装有围压力传感器112，上孔压力传感器113，下孔压力传感器114。
从上述结构中可以看出，主机部分1采用了由升降机构134，底座111，4根支架131，中横梁117构成的下框架式结构及由中横梁117、两根立柱125、上横梁119组成的上框架结构，保证了足够的机架刚度，这样就可以满足该机多种材料的试验要求，不但能做土材料的空心圆柱扭剪试验还能进行液化强度试验。
进一步地，在本发明中，采用轴压串联水缸121的方式解决了轴向受力与围压耦合的问题。同样在本发明的一个实施例中，采用轴向、扭转运动相分离的机构，即可单独做轴向激振、也可与扭剪伺服液压缸共同激振工作，从而使得压扭的试验功能得以实现。根据本发明，所述压扭多轴加载试验机可以提供集压扭组合、平面应变、真三轴等复杂加载于一体，并适于在工程建设中常用的粗粒土以及理想状土体模拟材料的静动力单元的试验。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机可以进一步包括制样系统(未示出)，所述制样系统包括：空心圆柱试样制样装置，用于形成空心圆柱试样；三轴试样制样装置，所述三轴试样制样装置用于形成三轴试样；以及真三轴试样制样装置，所述真三轴试样制样装置用于形成真三轴试样。
此外，如图2中所示，所述试样压力室105可以从所述主体部分1中可移动地从其中取出，例如在图2中可以利用导轨146将所述试样压力室105里用滑轮滑出，方便替换所述试 样压力室105，从而使所述压扭多轴加载试验机使用更加方便。图2中的左侧显示了该压扭多轴加载试验机的主视图，右侧显示了该压扭多轴加载试验机的右视图。
下面将参照图4来描述根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的油源系统，其中图4显示了所述油源系统的结构示意图。
如图4中所示，泵站下设主油箱171，内装有带阀门的滤油器172，油过滤后进入174，该泵由主电机192带动。泵打出来的高压油通过单向阀175和精密滤油器176进入主油路。在单向阀175的旁路上装有比例溢流阀196，它能单独调整液压系统的压力。溢流阀出来的油经过回油滤油器198进入散热器199后回到主油箱171。主油箱上装有电接点温度计170，起到超温保护作用。
同样，另一组泵站内装带阀门的滤油器197，油过滤后进入轴向泵194，该泵由电机195带动。泵打出来的高压油通过单向阀193和精密滤油器176进入油路。
从上述结构中可以看出，该结构两个泵站可并联，即可单独给系统供压力油，也可同时给系统供压力油，可以满足为不同试验条件提供不同流量的压力油。油箱装有散热器和电接点温度计则对系统长时间工作起到降温和保护作用。
如图4中所示，所述油源系统的油路可分为：轴压控制油路，压力油经过精密滤油器184进入轴向伺服阀185后再进入轴向液压缸产生轴向力；在轴向伺服阀进、出油路上各装有蓄能器188，以解决压力油瞬时不足及压力波动问题；
围压控制油路，压力油经过围压精密滤油器183进入围压伺服阀181后再进入围压液压缸产生侧向力，推动围压液压缸182的活塞使压力室的水产生压力，从而使试件形成围压，在围压伺服阀181的进、出油路上也装有蓄能器182；
扭转控制油路，压力油经过精密滤油器189进入扭转伺服阀190后再进入扭转液压缸191。由液压缸活塞的力通过扭转装置使试样产生扭力从而将载荷作用在试样的上表面上；
孔压控制油路，所述孔压控制油路用于驱动孔压液压缸以对所述试样产生孔压；以及
内压控制油路，所述内压控制油路用于驱动所述内压液压缸以对空心试样产生内压。
由以上结构可以看出，所述油源系统、电液伺服系统可以依据试验的要求可单独工作、也可同时地操作，从而极大地方便了用户使用。
在所述油源系统的控制中，可以进一步设置有各种指示灯以指示各种状态，如：高压、低压、运行等状态，超温、超压时也可以进一步设置有铃声报警装置等，从而在报警的同时卸掉系统的高压，使系统处于低压状态，以保证系统的安全可靠性和稳定性。
根据本发明的一个实施例，所述压扭多轴加载试验机可以进一步包括：水气系统，所述水气系统用于控制：所述试样压力室105内的供水；所述试样压力室105内的围压控制；向放置在试样压力室105内的试样内部浸饱和水；加反压以测量所述试样压力室105内的围压；以及施加上下孔压。
根据本发明的一个实施例，所述水气系统包括：反压罐217，包括封闭的体变量罐，所述体变量罐的上部容纳压缩空气、下部容纳液体；设置在所述体变量罐内的磁致伸缩液位传感器216，以测量所述反压罐217内的体变化；空压机229，所述空压机229用于提供具有 预定压力的压力气体；以及真空泵238，所述真空泵238连接至所述的试样压力室105的内部，以对设置在试样压力室105内的试样抽真空。
图5显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的水气系统的示意图。如上所述，所述水气系统具有向试样压力室105供水、施加和控制围压、向试样内部浸饱和水及加反压测量围压、上、下孔压，测量试样体积变化等功能。主要由反压罐217、空气减压阀214、空压机229、真空泵238等构成，如图5中所示。
反压罐217下部的水在水阀223关时，经管道、阀221、222与试样压力室105的试样下孔相通，从而使试样内可产生反压。
从上述水气系统图中可以看出，由于采用高精度的磁致位移传感器216装入体变量罐217内，根据磁致位移传感器216测出的排水高度与体变量罐217的面积就可求得体积变化值且能够保证测量精度。
而空气减压阀214能把来自空压机229的压力气体调到预定压力。由于真空泵238的采用，可以对试样内部抽真空，以便使乳胶模与模筒紧密贴合，试样可以挺立和浸饱和水。以上结构使得试样由的制备、抽真空以及浸脱气水变得容易。
下面将参照图6、7来描述本发明的试样压力室的具体实施例。
图6A显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的真三轴压力室的剖视图，图6B显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的真三轴压力室的俯视图。所述试样压力室105为真三轴压力室105，所述真三轴压力室105进一步包括：四个橡皮囊244，所述橡皮囊244设置在所述室筒的四个侧壁内，且可向所述橡皮囊内供给例如水的液体，进而给试样施加X轴和Y轴向的压力，即施加垂直于轴向的压力；边角加力装置248，所述边角加力装置248分别设置在所述室筒的拐角以施加边角力。
图7A显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的平面应变压力室的剖视图，图7B显示了根据本发明的一个实施例的压扭多轴加载试验机的平面应变压力室的俯视图。如图7中所示，所述试样压力室105为平面应变压力室，主要由压力活塞251，上盖252，橡皮囊254，压力室罩255，底座257，正面加力装置258。所述橡皮囊254设置在所述室筒的两个相对的侧壁上，所述橡皮囊254被限制在刚性方框内且可向所述橡皮囊内供给液体。所述正面加力装置258用于对设置在所述平面应变压力室中的试样施加沿着预定方向的变形限制。在操作中，通过活塞251对试样施加轴向荷载σ1，设置在试样的两侧的橡皮囊254被限制在刚性方框内，并与三轴试验的周围压力源联接，通过它向试样施加小主应力σ3，最大值可以为2MPa。通过正面加力装置258限制试样在试验过程中沿σ2方向的变形，其中一块固定板装有一个荷重传感器260，用以测定中主应力σ2的值。
如上所述，在本发明中，所述压扭多轴加载试验机通过以下几项关键技术来实现：
1)采用互不干扰的运动分离机构技术，实现高精度的压扭分离运动，使试样同时承受压力和扭剪作用；
2)采用角度传感器与闭环伺服一体测控技术，对试样稳定地施加匀角速度扭转；
3)采用油源并联液压控制技术，可实现流量和压力大幅增减的及时调控；
4)采用与压力室连通轴向水缸的稳压调控技术，克服轴向荷载作用引起压力室压力不稳定或围压荷载作用引起轴向荷载不稳定的问题，高精度地实现系统内水体积守恒以确保压力室内的压力稳定；
5)采用数字化电液伺服调控技术，分离试样轴向受力与围压耦合作用，以实现双向动静态完全独立加载；
6)采用真空度和体变联合调控技术，实现大范围的孔压和体积变化的量测与控制；
7)采用柔性约束和刚性约束相结合的三向独立加载装置及测控技术，可互不干扰地实现真三轴与平面应变加载试验路径；
8)采用尺寸可调的制样装置及加载技术，实现多种尺寸的空心圆柱、实心圆柱和立方体试样的试验。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (14)
1.一种压扭多轴加载试验机，包括：
机架；
试样压力室，所述试样压力室设置在所述机架上，用于在其中容纳试样；
轴压控制器，所述轴压控制器可操作用于设置在所述试样压力室内的试样施加轴向载荷且包括：
轴向液压缸，用于对所述试样压力室施加轴向载荷；和
轴向电液伺服阀，所述轴向电液伺服阀用于伺服控制所述轴向液压缸；
围压控制器，所述围压控制器可操作用于对设置在所述试样压力室内的试样施加围压载荷且包括：
围压液压缸，所述对所述试样压力室施加围压载荷；和
侧向电液伺服阀，所述侧向电液伺服阀用于伺服控制所述围压液压缸；以及
油源系统，所述油源控制系统用于分别控制所述轴压控制器和围压控制器以施加不同路径的载荷且包括：
轴压控制油路，所述轴压控制油路驱动轴向电液伺服阀以驱动轴向液压缸产生轴向力；
围压控制油路，所述围压控制油路驱动围压伺服阀以驱动围压液压缸产生侧向力；
扭转控制油路，所述扭转控制油路控制扭转电液伺服阀以驱动扭转液压缸，从而所述扭转液压缸驱动由液压缸活塞的力通过扭转装置产生扭力以作用于试样的上表面；
扭转液压缸，所述扭转液压缸用于在扭转装置的作用下对试样施加扭转载荷；以及
扭转装置，所述扭转液压缸驱动所述扭转装置进行扭转；
其中所述轴压控制器与所述围压控制器被配置成缓冲试样压力室中试样加载时轴向受力与围压受力耦合。
2.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，进一步包括：
孔压液压缸，所述孔压液压缸用于在油源系统的作用下对试样施加孔压载荷。
3.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，进一步包括：
内压液压缸，所述内压液压缸用于在油源系统的作用下对试样的内部施加载荷。
4.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述轴压控制器进一步包括：轴压串联水缸，所述轴压串联水缸与所述轴向液压缸串联连接；
所述围压控制器进一步包括：围压串联水缸，所述围压串联水缸与所述围压液压缸串联连接，其中所述围压串联水缸与所述轴压串联水缸流体连通。
5.根据权利要求4所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述轴压串联水缸设置在所述机架的顶部，所述围压串联水缸与所述机架相邻水平设置。
6.根据权利要求5所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述轴向液压缸的最下方的端部设置有压扭负荷传感器，所述压扭负荷传感器用于检测施加在所述试样压力室上的轴向载荷和扭转载荷。
7.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述试样压力室包括：
室筒；
压力室盖，所述压力室盖用于盖住所述室筒的顶部开口；
压力室底盘，所述压力室底盘用于密封所述室筒的底部开口；以及
加荷活塞，所述加荷活塞密封地穿透所述压力室盖，以对压力室内容纳的试样施加载荷。
8.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述机架包括：
底座；
设置在所述底座中的升降机构；
四根支架，所述四根支架竖直设置在所述底座上；
中横梁，所述中横梁用于水平地固定所述四根支架；
两根立柱，所述两根立柱设置在所述中横梁上；以及
上横梁，所述上横梁用于水平地固定所述两根立柱。
9.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，进一步包括：制样系统，所述制样系统包括：
空心圆柱试样制样装置，用于形成空心圆柱试样；
三轴试样制样装置，所述三轴试样制样装置用于形成三轴试样；以及
真三轴试样制样装置，所述真三轴试样制样装置用于形成真三轴试样。
10.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述油源系统进一步包括：
孔压控制油路，所述孔压控制油路用于驱动孔压液压缸以对所述试样产生孔压；以及
内压控制油路，所述内压控制油路用于驱动所述内压液压缸以对空心试样产生内压。
11.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，进一步包括：
水气系统，所述水气系统用于控制：
所述试样压力室内的供水；
所述试样压力室内的围压控制；
向放置在试样压力室内的试样内部浸饱和水；
加反压以测量所述试样压力室内的围压；以及
施加上下孔压。
12.根据权利要求1所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述水气系统包括：
反压罐，包括封闭的体变量罐，所述体变量罐的上部容纳压缩空气、下部容纳液体；设置在所述体变量罐内的磁致伸缩液位传感器，以测量所述反压罐内的体变化；
空压机，所述空压机用于提供具有预定压力的压力气体；以及
真空泵，所述真空泵连接至所述的试样压力室的内部，以对设置在试样压力室内的试样抽真空。
13.根据权利要求7所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述试样压力室为真三轴压力室，所述真三轴压力室进一步包括：
四个橡皮囊，所述橡皮囊设置在所述室筒的四个侧壁内，且可向所述橡皮囊内供给液体，以施加垂直于轴向的压力；
边角加力装置，所述边角加力装置分别设置在所述室筒的拐角以施加边角力。
14.根据权利要求7所述的压扭多轴加载试验机，其特征在于，所述试样压力室为平面应变压力室，所述平面应变压力室进一步包括：
两个橡皮囊，所述橡皮囊设置在所述室筒的两个相对的侧壁上，所述橡皮囊被限制在刚性方框内且可向所述橡皮囊内供给液体；以及
正面加力装置，所述正面加力装置用于对设置在所述平面应变压力室中的试样施加沿着预定方向的变形限制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102619272A CN101949800B (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 压扭多轴加载试验机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102619272A CN101949800B (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 压扭多轴加载试验机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101949800A CN101949800A (zh) | 2011-01-19 |
| CN101949800B true CN101949800B (zh) | 2012-09-05 |
Family
ID=43453375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010102619272A Active CN101949800B (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 压扭多轴加载试验机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101949800B (zh) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102890033A (zh) * | 2012-01-09 | 2013-01-23 | 长江水利委员会长江科学院 | 电液伺服岩石三轴流变试验装置及试验方法 |
| CN102608263B (zh) * | 2012-02-23 | 2014-11-19 | 徐德金 | 基于渗流场与应力场耦合的断裂突水研究试验方法 |
| CN103033418B (zh) * | 2012-12-10 | 2015-04-29 | 中国飞机强度研究所 | 一种能够均匀施加轴向压缩和剪切载荷的试验装置 |
| CN103149101B (zh) * | 2013-02-28 | 2014-08-06 | 西安理工大学 | 一种土体拉压扭剪多功能的三轴蠕变试验机 |
| CN103149078B (zh) * | 2013-02-28 | 2014-07-02 | 西安理工大学 | 一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪 |
| CN103223454B (zh) * | 2013-04-23 | 2015-03-25 | 太原科技大学 | 一种镦粗与扭转复合变形装置 |
| CN103398902B (zh) * | 2013-08-01 | 2015-04-22 | 山东大学 | 高地应力柔性加载瞬间卸载试验装置及试验方法 |
| CN104634548B (zh) * | 2013-11-14 | 2018-06-26 | 上海汽车集团股份有限公司 | 双离合器变速箱压滤器盖爆破试验的试验装置 |
| CN104062108B (zh) * | 2014-06-04 | 2016-06-15 | 浙江工业大学 | 多功能力学性能测试试验机 |
| CN104880309B (zh) * | 2015-05-27 | 2017-10-17 | 中国石油天然气集团公司 | 一种固井工具性能检测装置和方法 |
| CN105158078B (zh) * | 2015-09-25 | 2018-08-10 | 中国石油天然气集团公司 | 三轴岩心加载测试装置 |
| CN105784493B (zh) * | 2016-04-11 | 2018-06-29 | 中南大学 | 岩石三轴外压和孔内液压耦合加卸荷试验装置 |
| CN105738221A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-07-06 | 西南石油大学 | 一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置及方法 |
| CN105954119B (zh) * | 2016-06-22 | 2018-08-07 | 大连理工大学 | 一种沥青混合料静态三轴扭转剪切破坏性能试验装置 |
| CN106323765B (zh) * | 2016-08-25 | 2020-09-15 | 上海交通大学 | 颗粒材料的空心圆柱体各向异性测试仪 |
| CN106404487B (zh) * | 2016-10-08 | 2019-08-02 | 四川大学 | 用于岩石抗剪强度测试的岩石试样及其测试方法 |
| CN106644753B (zh) * | 2016-11-14 | 2020-03-31 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪 |
| CN107421821B (zh) * | 2017-07-31 | 2019-06-25 | 安徽理工大学 | 一种岩石扭剪-压综合实验装置 |
| CN107462475B (zh) * | 2017-08-17 | 2023-04-18 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种土工三轴实验设备 |
| CN107907426A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-04-13 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 激振器及动静态三轴试验系统 |
| CN108007787A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 压力室及动静态三轴试验系统 |
| CN108344643A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-31 | 中国矿业大学 | 一种能模拟深埋人工冻土形成条件的三轴力学试验装置及方法 |
| CN110608996A (zh) * | 2018-06-14 | 2019-12-24 | 天水红山试验机有限公司 | 一种固体废弃物物理模拟测试系统 |
| CN109115439B (zh) * | 2018-08-15 | 2020-01-17 | 武汉智明力强光电系统有限公司 | 一种高频激振装置及控制系统 |
| CN109557023B (zh) * | 2018-11-19 | 2021-02-12 | 河海大学 | 一种可自适应伸缩变形的压盘系统及其使用方法 |
| CN109540689A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-03-29 | 苏州汇才土水工程科技有限公司 | 一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机 |
| CN109946173B (zh) * | 2019-04-15 | 2020-06-30 | 中国海洋大学 | 土工压缩、大变形循环环剪仪 |
| CN110108570A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-09 | 华侨大学 | 一种压缩及扭转试验装置 |
| CN110308259B (zh) * | 2019-07-02 | 2021-02-02 | 中国矿业大学 | 一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置 |
| CN111595696B (zh) * | 2020-06-02 | 2021-09-10 | 中国科学院物理研究所 | 非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测量方法及应用 |
| CN111579357A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-08-25 | 兰州理工大学 | 一种可调节高度的自平衡式压扭试验装置及方法 |
| CN113295539A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-24 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种加筋土单元体平面应变试验装置及方法 |
| CN113916702A (zh) * | 2021-08-26 | 2022-01-11 | 华东理工大学 | 适用于高温环境下的多轴蠕变-疲劳力学性能试验装置 |
| CN114791393A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-26 | 河海大学 | 一种大粒径无粘性土空心圆柱扭剪试验的饱和装置及方法 |
| CN114910363B (zh) * | 2022-05-11 | 2023-05-23 | 天津大学 | 加载装置及实验方法 |
| CN115266387A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-11-01 | 太原理工大学 | 一种等静压加载实现负应力三轴度的力学实验方法及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN87203178U (zh) * | 1987-04-16 | 1987-11-25 | 东北工学院 | 三轴压力室 |
| US4854175A (en) * | 1988-02-29 | 1989-08-08 | The Research Foundation Of State University Of New York | Simple shear device for testing earthen materials and powders |
| CN1548939A (zh) * | 2003-05-15 | 2004-11-24 | 中国科学院力学研究所 | 一种柔性边界加载实验机 |
| CN1601255A (zh) * | 2004-10-18 | 2005-03-30 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 三轴环压中心直剪仪 |
| CN1776402A (zh) * | 2005-11-17 | 2006-05-24 | 西安理工大学 | 电液伺服压扭耦合三向振动加载三轴仪 |
-
2010
- 2010-08-24 CN CN2010102619272A patent/CN101949800B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN87203178U (zh) * | 1987-04-16 | 1987-11-25 | 东北工学院 | 三轴压力室 |
| US4854175A (en) * | 1988-02-29 | 1989-08-08 | The Research Foundation Of State University Of New York | Simple shear device for testing earthen materials and powders |
| CN1548939A (zh) * | 2003-05-15 | 2004-11-24 | 中国科学院力学研究所 | 一种柔性边界加载实验机 |
| CN1601255A (zh) * | 2004-10-18 | 2005-03-30 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 三轴环压中心直剪仪 |
| CN1776402A (zh) * | 2005-11-17 | 2006-05-24 | 西安理工大学 | 电液伺服压扭耦合三向振动加载三轴仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101949800A (zh) | 2011-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101949800B (zh) | 压扭多轴加载试验机 | |
| CN1641350A (zh) | 大型多功能材料三轴静动试验机 | |
| CN103644151B (zh) | 节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统 | |
| CN103410810A (zh) | 用于测试液压缸密封件耐久性的试验设备 | |
| CN106015139B (zh) | 采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统 | |
| CN104006034B (zh) | 液压伺服变载荷加载试验台 | |
| CN103969107A (zh) | 高压伺服动真三轴试验机 | |
| CN109540661B (zh) | 一种动态应力和梯度应力组合加载实验装置和方法 | |
| CN201819853U (zh) | 渗透吸力控制的新型非饱和土综合试验仪 | |
| CN102818726A (zh) | 一种应力路径全自动液压伺服控制式刚柔性多功能三轴仪 | |
| CN101477028B (zh) | 一种多功能岩石三轴试验加载系统 | |
| CN204613077U (zh) | 真三轴岩石参数测试系统 | |
| CN100489492C (zh) | 电液伺服压扭耦合三向振动加载三轴仪 | |
| CN102607955A (zh) | 裂隙岩体双轴压缩试验装置 | |
| CN108036999A (zh) | 一种用于岩体直接剪切、拉压加载的新型多功能试验机 | |
| CN103454138A (zh) | 一种卧式压力室结构土工平面应变三轴仪 | |
| CN110411751B (zh) | 一种用于发动机试车台架的推力校准系统 | |
| CN203798658U (zh) | 高压伺服动真三轴试验机 | |
| CN102927269A (zh) | 一种压力容器变容积恒压保持装置 | |
| CN202853970U (zh) | 应力式三轴仪的气压加荷装置 | |
| CN201043548Y (zh) | 油电混合油缸 | |
| CN104964880A (zh) | 一种基于工业ct的加温渗流真三轴试验箱 | |
| CN206348142U (zh) | 双壁管弹性支架动态疲劳测试装置 | |
| CN204389102U (zh) | 双力源叠加式多维力传感器校准装置 | |
| CN106289989A (zh) | 一种三向独立加载的大型真三轴仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Jianmin Inventor after: Liu Chao Inventor after: Yang Liwei Inventor after: Zheng Ruihua Inventor after: Xiao Xuehong Inventor before: Zhang Jianmin Inventor before: Zheng Ruihua Inventor before: Liu Chao Inventor before: Yang Liwei Inventor before: Xiao Xuehong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHANG JIANMIN ZHENG RUIHUA LIU CHAO YANG LIWEI XIAO XUEHONG TO: ZHANG JIANMIN LIU CHAO YANG LIWEI ZHENG RUIHUA XIAO XUEHONG |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |