CN103018099B - 材料试件的简易可控围压装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料试件简易可控围压装备，其特征是：在钢板底座的四个侧面分别平行安装有一对底座螺杆；四块内挡板分别覆贴在试件的各侧部形成试件侧围板；在各内挡板的外侧面上螺纹连接有导向螺杆，导向螺杆与各自所在的内挡板的外侧面相互垂直；外挡板位于内挡板的外围，导向螺杆和底座螺杆分别贯穿外挡板，并由螺帽固定；在外挡板与内挡板之间夹持有力学元件；直角卡扣呈直角并在两端设置有固定耳，直角卡扣包围在由四块外挡板形成的四个直角边上，相邻两只直角卡扣之间以卡扣螺杆相连接，并用螺帽固定。本发明使得试件在侧面同样能受到可控约束，从而获取适用于实际结构材料参数。

Description

材料试件的简易可控围压装备

技术领域

本发明涉及一种试验用辅助装备，更具体地说是材料试件的简易可控围压装备。

背景技术

在土木工程、交通运输工程等领域中，建筑材料的抗压弹性模量是进行结构设计和使用功能评价的最重要指标之一。当前相关规范和工程实践都采用单轴压缩试验来获取材料的抗压弹性模量。建筑材料试件的尺寸较小，而实际结构的尺寸一般较大，由于尺寸上的差异，室内试件侧面无约束工况下获取的材料参数未必能很好地适用于实际结构。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种材料试件的简易可控围压装备，使得被测试件在侧面同样能受到约束，从而获取适用于实际结构材料参数。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明材料试件的简易可控围压装备的结构特点是设置：

钢板底座，在所述钢板底座的四个侧面分别平行安装有一对底座螺杆；

内挡板，四块内挡板分别覆贴在试件的各侧部形成试件侧围板；在各内挡板的外侧面上螺纹连接有导向螺杆，所述导向螺杆与各自所在的内挡板的外侧面相互垂直；

外挡板，位于所述内挡板的外围，内挡板上的导向螺杆和钢板底座上的底座螺杆分别贯穿所述外挡板，并由螺帽在所述外挡板的外侧固定；在所述外挡板与内挡板之间夹持有力学元件；

直角卡扣，呈直角并在两端设置有固定耳，所述直角卡扣包围在由四块外挡板形成的四个直角边上，相邻两只直角卡扣之间以卡扣螺杆通过固定耳相连接，并用螺帽固定。

本发明材料试件简易可控围压装备的结构特点也在于：所述力学元件为弹簧器或阻尼器。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明可控围压装备使得被测试件在侧面同样能受到约束，从而获取适用于实际结构材料参数；

2、现已存在的围压设备采用气体或液体加压的方式，需要封闭的壁室，试验条件复杂且费用不菲。本发明使用力学元件提供围压，组装方便，试验操作简单；

3、本发明可通过调整力学元件的组合提供不同的围压效果，如不对称围压或考虑时间效应围压等，能模拟复杂工况下的材料特性。

附图说明

图1为本发明俯视结构示意图；

图2为本发明中钢板底座结构示意图；

图3为本发明中内挡板结构示意图；

图4为本发明中外挡板结构示意图；

图5为本发明中直角卡扣结构示意图；

图6为本发明中力学元件布置示意图；

图7a为本发明不同侧面约束工况下试件产生顶面竖向变形；

图7b为本发明不同侧面约束工况下试件产生侧面法向变形；

图8a为弹簧元件参数变化的试件顶面竖向变形；

图8b为阻尼元件参数变化的试件顶面竖向变形；

图9a为弹簧元件参数变化对试件侧面围压的影响；

图9a为阻尼元件参数变化对试件侧面围压的影响；

图中标号：1钢板底座；11底座螺杆；2内挡板；21导向螺杆；22内挡板螺纹孔；23内挡板盲孔；3外挡板；31外挡板盲孔；32底座螺栓通孔；33外挡板盲孔；4直角卡扣；41固定耳；42卡扣螺杆；8力学元件；9试件。

具体实施方式

本实施例中材料试件的简易可控围压装备的结构设置为：

如图2所示，设置一250×250×30mm的钢板底座1，在钢板底座1的四个侧面分别平行安装有一对底座螺杆11，底座螺杆11供外挡板3固定用。

如图3所示，设置四块150×150×10mm的内挡板2，四块内挡板2分别覆贴在试件9的各侧部形成试件侧围板；在各内挡板2的外侧面上螺纹连接有导向螺杆21，导向螺杆21与各自所在的内挡板的外侧面相互垂直；内挡板2的内侧为光滑平面，用于和试件的侧面相贴合；内挡板的外侧面上有一个位于中心的内挡板螺纹孔22和呈矩形布置的四个内挡板盲孔23，导向螺杆21固定连接在内挡板螺纹孔22中，四个内挡板盲孔23用于固定力学元件。

如图4所示，设置四块250×180×10mm的外挡板3，外挡板3位于内挡板2的外围，内挡板2上的导向螺杆21贯穿外挡板3上的中心通孔31，钢板底座1上处在同一侧边上的两根底座螺杆11贯穿外挡板3上的一对底座螺栓通孔32，并由螺帽在外挡板3的外侧固定；外挡板3的内侧面上设置有外挡板盲孔33，用于固定力学元件8，各力学元件8是以两端杆分别插入在内挡板盲孔23和外挡板盲孔33中得以固定。

如图5所示，设置四只直角卡扣4，直角卡扣4呈直角并在两端设置有固定耳41，直角卡扣4包围在由四块外挡板3形成的四个直角边上，相邻两只直角卡扣4之间以卡扣螺杆42通过固定耳41相连接，并用螺帽固定；由只直角卡扣4固定外挡板3。

如图6所示，力学元件8为弹簧器或阻尼器，力学元件在内挡板2与外挡板3之间呈矩形布置。

本发明完成组装后适用于150×150×150mm的方形体试件。当试件承受压缩荷载时，内挡板与试件侧面接触，外挡板进行固定，内挡板和外挡板之间的力学元件用以提供不同的侧面约束。

一、计算模型

为了分析本发明围压设备的技术效果，选取七种不同侧面约束的工况，见表1：

表1不同侧面约束的工况

二、计算参数

参数选择如下：

试件：弹性模量1500MPa，泊松比0.3；

钢板和钢质套筒：弹性模量210GPa，泊松比0.3；

弹簧刚度：1000MPa(作为基准值)，100MPa，10GPa；

阻尼元件粘壶粘度：100MPa·s(作为基准值)，10MPa·s，1000MPa·s；

在试件的顶面施加均布荷载，在时间步起点从零开始线性加载，到时间步结束时达到最大值1MPa。

三、结果分析

使用有限元进行计算，并对结果进行分析。

1、试件顶面竖向变形(如图7a所示)和侧面法向变形(如图7b所示)

试件侧面自由时，顶面竖向变形最大；试件侧面为钢制套筒时，顶面竖向变形最小。侧面约束选用不同弹簧和阻尼组合时，顶面竖向变形和侧向法向变形存在变化。

2、力学元件参数对顶面竖向变形的影响(如图8a和图8b所示)

分别选用工况2和工况6，改变力学元件的参数分别进行计算。无论是弹簧元件还是阻尼元件，随着材料参数的减小，试件顶面竖向变形呈现加速增长的趋势。材料参数值相同时，工况6(阻尼元件)时件顶面竖向变形值要大于工况2(弹簧元件)的结果，随着参数值的减少，差异逐渐增加。

3、力学元件参数对试件侧面围压的影响(如图9a和图9b所示)

分别选用工况2和工况6，改变力学元件的参数分别进行计算。随着弹簧刚度的增加，围压也逐渐增加，但趋于平稳。对于阻尼元件，虽然荷载在时间步内线性增加，但围压的增加较慢，特别是当粘壶参数较低时，围压达到某一数值即区域稳定。

Claims (2)

1.材料试件简易可控围压装备，其特征是设置：

钢板底座(1)，在所述钢板底座(1)的四个侧面分别平行安装有一对底座螺杆(11)；

内挡板(2)，四块内挡板(2)分别覆贴在试件(9)的各侧部形成试件侧围板；在各内挡板(2)的外侧面上螺纹连接有导向螺杆(21)，所述导向螺杆(21)与各自所在的内挡板的外侧面相互垂直；

外挡板(3)，位于所述内挡板(2)的外围，内挡板(2)上的导向螺杆(21)和钢板底座(1)上的底座螺杆(11)分别贯穿所述外挡板(3)，并由螺帽在所述外挡板(3)的外侧固定；在所述外挡板(3)与内挡板(2)之间夹持有力学元件(8)；

直角卡扣(4)，呈直角并在两端设置有固定耳(41)，所述直角卡扣(4)包围在由四块外挡板(3)形成的四个直角边上，相邻两只直角卡扣(4)之间以卡扣螺杆(42)通过固定耳(41)相连接，并用螺帽固定。

2.根据权利要求1所述的材料试件简易可控围压装备，其特征是所述力学元件(8)为弹簧器或阻尼器。