CN104034577B - 静水压力状态下局部单向动态卸载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种静水压力状态下局部单向动态卸载装置，涉及材料动态力学性能实验设备领域，主要包括固定设置的卸压室、加压室和静水压力室，所述卸压室与加压室直接连接，所述加压室与静水压力室之间通过连通管连接，所述加压室内设置有活塞杆，活塞杆与轴向自由移动的波导杆的一端平面接触，波导杆另外一端插入静水压力室内，所述静水压力室内为封闭空间，且封闭空间内充满液体，包覆后的试件置于高压液体中，所述波导杆插入静水压力室内的一端与试件局部表面平面接触。本发明弥补了静水压力状态下局部的单向(维)动态卸载实验装置的空白，该实验装置可模拟地下深部矿藏材料受到的三向等压应力，一旦某个局部因某个原因发生坍塌，即引起此局部突然(动态)卸载。并且得到在此情况下矿藏中的材料及结构如何响应的相关数据。

Description

静水压力状态下局部单向动态卸载装置
技术领域
本发明涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种用于地下矿藏(煤、气、油、盐岩等)在某一局部受到突然卸载时相应材料和结构的响应的研究领域的试验研究设备，具体为一种静水压力状态下局部单向动态卸载装置。
背景技术
地下深部矿藏材料近似处于三向等压应力(静水压力)状态下，一旦某个局部因某个原因发生坍塌，即引起此局部突然(动态)卸载。在这种情况下矿藏中的材料及结构如何响应是一个重要的学术问题。这个问题引起了学术界的重视。从力学角度分析，这是一个处于静水压力状态下的原始材料受到一个局部的单向的动态卸载作用后如何响应，继而引起怎样的结构响应问题。
现有的霍普金森压杆主要研究无应力原始材料在动态一维压应力状态下的响应问题；正在研发中的三维霍普金森压杆可研究无应力原始材料在动态三维压应力状态下的响应问题；带有三维静压装置的霍普金森压杆可研究三维静压下的材料再受到动态一维压应力作用时的响应问题；霍普金森拉杆是研究无应力原始材料在动态一维拉应力状态下的响应问题。因此目前尚未发现有研究处于静水压力状态下的原始材料受到一个局部的单向(维)动态卸载作用的响应问题的实验装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种静水压力状态下局部单向动态卸载装置。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：主要包括固定设置的卸压室、加压室和静水压力室，所述卸压室与加压室直接连接，所述加压室与静水压力室之间通过连通管连接，所述加压室内设置有活塞杆，活塞杆与轴向自由移动的波导杆的一端平面接触，波导杆另外一端插入静水压力室内，所述静水压力室内为封闭空间，且封闭空间内充满液体，包覆后的试件置于高压液体中，所述波导杆插入静水压力室内的一端与试件局部表面接触。
所述卸压室设置有快速泄压阀和卸油口。
所述加压室设置有进油口。
所述卸压室、加压室、静水压力室固定在左、右两个挡板上，左挡板与右挡板之间通过平衡拉杆固定。
所述活塞杆和波导杆通过滚动支承架支撑。
所述连通管中部安装有闸阀。
所述静水压力室为组合式分体结构，便于装卸试件。所述波导杆为一圆柱形杆，它一端与活塞杆平面接触，另一端与试件局部表(平)面接触，用于给试件加载和卸载。所述活塞杆为圆柱形杆，其一端与加压室的油缸相连，另一端与波导杆平面接触，给波导杆加载和卸载。所述平衡拉杆为两端带有螺纹的圆柱形杆，四根平衡拉杆与左右两挡板配合将整个装置连接为一整体。平衡拉杆将平衡因液压加载在装置轴线部件、波导杆等上引起的轴向压缩内力，使装置在轴向内力平衡，而不需对装置进行外部固定。所述滚动支承架为一沿环向布置的三向可伸缩滚动支承，它们限制了波导杆、活塞杆的径向运动，而几乎不影响它们的轴向运动。
实验过程：
首先将试件置于静水压力室，将波导杆、活塞杆等安装到位。通过高压油泵给加压室加液压油，进而通过活塞杆、波导杆、连通管给静水压力室中的试件加三维等值静压力(静水压力)。在加到预定压力后，保持一定时间。卸载实验开始瞬间，打开快速卸载阀，一维卸载波通过活塞杆、波导杆传到试件局部表面，在局部形成单向动态卸载。记录波导杆中卸载波信号可获得其强度、上升沿、脉冲长度等信息，通过试件中多个传感器可以获得有关波传播规律、材料的响应以及结构的响应等信号，进而进行相关分析。
本发明的有益效果为：
本发明弥补了静水压力状态下局部的单向(维)动态卸载实验装置的空白，该实验装置可模拟地下深部矿藏材料受到的三向等压应力，一旦某个局部因某个原因发生坍塌，即引起此局部突然(动态)卸载。并且得到在此情况下矿藏中的材料及结构如何响应的相关数据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利的保护范围。
如图1、图2所示，
一种静水压力状态下局部单向动态卸载装置，主要包括固定设置的卸压室2、加压室10和静水压力室8，卸压室2与加压室10直接连接，加压室10与静水压力室8之间通过连通管9连接，连通管9中部安装有闸阀15，可以控制连通管9的通断，加压室10内设置有活塞杆12，活塞杆12与轴向自由移动的波导杆13的一端平面接触，波导杆13另外一端插入静水压力室8内，静水压力室8内为封闭空间，且封闭空间内充满液体，包覆后的试件7置于高压液体中，波导杆13插入静水压力室8内的一端与试件7局部表面平面接触。
卸压室2设置有快速泄压阀1和卸油口3，加压室10设置有进油口4，卸压室2、加压室10、静水压力室8固定在左、右两个挡板上，左挡板11与右挡板6之间通过平衡拉杆14固定，活塞杆12和波导杆13通过滚动支承架5支撑。
利用高压油泵从进油口4向加压室10中油缸加液压油，推动活塞杆12向右运动，进而推动波导杆13向右运动，当它们运动受试件7限制时便有轴向压力产生。与此同时，油缸中的液压油通过连通管9向静水压力室加油8加压，于是整个试件7处于三向均匀的应力(静水压力)状态。当加到一定压力，保持一定时间后，关闭连通管9中的闸阀15，高速打开快速泄压阀1将加压室10的油快速卸到卸压室2中，同时一个卸载脉冲沿活塞杆12、波导杆13传至试件7，对试件7进行局部单向动态卸载。由相关传感器得到的信息可以获得试件7的材料和结构响应。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：主要包括固定设置的卸压室、加压室和静水压力室，所述卸压室与加压室直接连接，所述加压室与静水压力室之间通过连通管连接，所述加压室内设置有活塞杆，活塞杆与轴向自由移动的波导杆的一端平面接触，波导杆另外一端插入静水压力室内，所述静水压力室内为封闭空间，且封闭空间内充满液体，包覆后的试件置于高压液体中，所述波导杆插入静水压力室内的一端与试件局部表面接触。
2.根据权利要求1所述的静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：所述卸压室设置有快速泄压阀和卸油口。
3.根据权利要求1所述的静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：所述加压室设置有进油口。
4.根据权利要求1所述的静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：所述卸压室、加压室、静水压力室固定在左、右两个挡板上，左挡板与右挡板之间通过平衡拉杆固定。
5.根据权利要求1所述的静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：所述活塞杆和波导杆通过滚动支承架支撑。
6.根据权利要求1所述的静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：所述静水压力室为组合式分体结构。
7.根据权利要求1所述的静水压力状态下局部单向动态卸载装置，其特征在于：所述连通管中部安装有闸阀。
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