CN104777037A - 一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，包括静态加载固定装置和爆炸动态荷载的爆炸加载固定装置。静态加载固定装置由三个主要组成部分，包括一个底层预制异形钢构件及其附属构件和两个对称的侧向预制异形钢构件及其附属构件，每一块异形钢构件中央都有宽度可调的卡槽，通过调节，可固定不同厚度的试件；爆炸加载固定装置可对模型板材中的炮孔起到封堵的约束作用。从而能够模拟出预制模型板材在初始单轴静态应力场和爆炸过程产生的动态应力场，结合光测力学实验方法，可实现对初始单轴高应力场下的爆炸裂纹扩展等现象的观测，为科学、定量的研究提供了一种简便、有效的实用装置。

Description

一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置

技术领域

本发明涉及一种光测力学实验装置，尤其涉及一种对受轴向荷载下爆破致裂进行物理模拟实验的光测力学实验装置。

背景技术

目前，在物理爆破模型实验中，模型的边界条件大多是自由边界条件，而很多实际问题并不是自由边界，如房屋结构中的承重墙体，其上边界受到上部结构的重力作用，下部边界受到底板的反作用力，其上、下边界条件显然不是自由边界条件。基于对此类型实际工程问题的分析，扩大物理爆破模型试验的适用范围，设计出这种可使试件受到竖向荷载并保证其稳定性的装置。

 作为可循环使用的实验装置，最好是能够在能够保证其实验用途的基础上，使其适用范围更广。在物理爆破模型实验中，经常会用到不同厚度的板材模型，为了扩大该装置的兼容性，进行了相关设计，使得实验装置能够适用于不同厚度的板材模型，并能够保证稳定性。

从实际的工程问题出发，并尽可能大的发挥实验装置对板材模型的适用范围，特发明此实验装置。

发明内容

鉴于现有实验装置不能够很好模拟相关实际工程问题，本发明的目的在于为物理爆炸模型试验提供轴向荷载作用，以模拟相关的实际问题，设计上也能够满足对不同厚度板材模型的兼容适应性。

一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，包括静态加载固定装置和用于产生动态荷载的爆炸加载固定装置。所述静态加载固定装置由三个主要组成部分，包括一个底层的预制异形钢构件A及其附属构件（“凸”形钢条与螺栓若干）和两个对称的侧向预制异形钢构件B、C及其附属构件（“凸”形钢条与螺栓若干），每一块异形钢构件上预制有一定深度的“凹”形卡槽，与其配套的是相应的“凸”形钢条，卡槽的一侧内表面上有三个预制的螺纹孔，与钢构件的外侧表面相通，即为螺纹通孔。当模型板材固定在卡槽内时，模型板材的上部有一小部分会高出两侧竖直放置的异形钢构件，在板材的上部边界上会有一个面积较大的水平钢制承接板与其充分接触，在承接板的上方是液压千斤顶。

所述爆炸加载固定装置的组成构件为两块相同的条形钢制夹具和一个螺栓，钢制夹具的一端为拧紧固定的圆柱形加载头，另一端为预制的小直径螺纹孔。

所述两块侧向预制钢构件B、C的背面有预制的一定直径的螺纹孔，可通过紧固螺栓与液压加载平台固定。

本发明所述的用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置的优点在于：（1）采用该实验装置后，可以改变平面模型试件的边界条件，对试件施加单轴荷载，适用于模拟一些工程实际问题；（2）通过对加压系统的调节，可以施加不同大小的轴向荷载；（3）采用“凹”形卡槽和“凸”形钢条的组合，可以实现对不同厚度模型板材的固定加载；（4）整个实验装置结构简单、操作方便，易于实现和维护。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的组成构件拆分示意图。

具体实施方式

本发明的中心是：通过已有的加载设备，在置于本发明装置中的模型板材的上部边界施加静力荷载，使模型板材处于单轴应力状态，内部产生初始静态应力场，然后通过爆炸实验，并采用光测力学方法对爆炸致裂过程进行观测，以研究此类实际工程问题中的岩石等结构物的爆破断裂现象和破坏机理。

结合附图1、图2，首先介绍一下本发明的各部分组成：

图1所示为模型板材置入实验装置的整体三维结构图，其中装置的主体结构由A、B、C和D四个部分组成，E为模型板材。图2所示为各组成部分的结构拆分示意图，图2(a)所示为侧面竖直放置的预制异形钢构件B的组合情况，1为“凹”形卡槽的主板，2为“凸”形钢条，3为预制的螺纹孔，A的组合情况与B基本相同；图2(b)所示为底层水平放置的预制异形钢构件C的组合情况，与B类似，4为“凹”形卡槽的主板，5为“凸”形钢条，6为预制的螺纹孔；图2(c)所示为爆炸加载固定装置的组成示意图。

下面来对本发明的操作进行详细描述：

按图1所示，将A、B、C三部分主题结构拼装好，并通过竖直侧板A、B背面的螺纹孔，用紧固螺栓固定在已有的实验加载装置上。然后将需要测试的模型板材E放入卡槽中，通过拧紧A、B、C侧面的螺栓，推动“凸”形钢条将模型板材E夹紧，起到固定的作用。当模型板材被固定好之后，模型板材的上部有一小部分会高出两侧竖直放置的异形钢构件，在板材的上部边界上的上方是一块面积较大的水平钢制承接板，承接板的位置可上下调节，调节承接板使其下底面与模型板材的上部边界充分接触。承接板的上方是液压千斤顶，待位置调节好后，可撬动液压千斤顶给承接办施加压力，这样压力就通过承接板的过度，以均布荷载的形式作用到试件的上部边界。这样，就可以对模型板材施加竖直方向的静力荷载，同时静力荷载的大小可通过液压千斤顶调节，其受到的均布静态荷载的分布密度也可以通过相应的力学关系和几何关系进行计算得到。

接下来就是用爆炸加载固定装置D将板材中部的炮孔夹紧，结合图2(c),具体操作为：装置D由7、8两个构件组成，其中构件7为一个整体钢制结构，构件8是由9和10两部分拼装组成，构件两端的圆形螺纹孔的孔心间距为d。在模型板材上距离炮孔中心较远距离为d的位置打一个小孔（可忽略对板材内部应力分布的影响），将构件8、9置于图1所示的模型板材两侧的合适位置，使端头实现对炮孔的封堵，然后用螺栓穿过两构件一段的螺纹孔和板材上的小孔，将螺栓拧紧，此时，通过构件8、9传递的力矩会使另一端的圆柱形加载头将炮孔初步夹住。但仅仅这样还不能保证炮孔被夹紧的力度，在初步夹紧后，用螺栓穿过螺纹孔10，并进入螺纹孔11（螺纹孔11并没有贯穿加载头），拧动螺栓可以进一步给加载头施加压力，使装置D能够充分夹紧炮孔，保证实验的顺利进行。

进行完以上步骤就能够进行主体的静态加载和爆炸加载，待加载完成后，逐一取下各个拧紧的螺栓就可以完成装置的拆卸。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，其特征包括，装置包括一个沿竖直单轴方向进行约束加载的静态加载固定装置以及动态爆炸荷载的加载固定装置；所述静态加载固定装置的组成包括一个水平放置的预制异形钢构件A及其附属构件，和两侧竖直对称放置的预制异形钢构件B、C及其附属构件，可用螺栓将钢构件B、C背面的螺栓孔与加载平台固定；所述的预制异形钢构件均有卡槽，可用于固定预制模型板材；所述的爆炸加载装置一端穿过预制试件，另一端的圆形加载头夹住试件中部预制炮孔；

2.如权利要求1所述的一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，其特征在可用于固定不同厚度的预制模型板材，当试件放入卡槽内时，可通过异形钢构件侧面的紧固螺栓推动置于卡槽中的“凸”形钢条，起到固定的作用，对于不同厚底的预制模型板材都有效。

3.如权利要求1所述的一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，其特征在于，所述异形钢构件上均预制有“凹”形卡槽，在其侧面和背面均有螺栓孔。

4.如权利要求1所述的一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，其特征在于，预制“凸”形钢条在“凹”形卡槽内是可活动的，可被紧固螺栓推动固定预制模型板材。

5.如权利要求1所述的一种用于单轴荷载下不同厚度模型板材爆炸致裂装置，其特征在于，爆炸加载固定装置由两个部件组成，分别夹持在预制模型板材两侧，当一端穿透预制板件并用螺栓拧紧时，试件中部炮孔被另一端的圆形加载头夹紧。