CN105891103A - 一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法，涉及材料特性测试技术领域。在实验台上设置振动台，振动台上安装进行材料能量耦合规律的测试装置，通过安装在振动台侧面的激振器控制振动台的振动形式、频率和振幅等，以测试材料在不同振动状态下的能量耦合规律，数据精确度高。

Description

一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及材料特性测试技术领域，特别是涉及一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法。

背景技术

地质勘探中经常进行岩矿的特性测试，例如抗压强度、渗透率等参数，测定这些参数对了解岩矿的特性具有很重要的意义。

现有的研究相似材料在加载不同的机械振动下的力学特性的测试实验要么比较粗糙，测得的数据误差比较大；要么测试方法比较单一，没有测试试件在受力情况下在加载不同形式的机械振动及不同频率和振幅下的力学特性。同时在进行真三轴实验研究的时候仅仅研究相似材料的固气能量耦合实验，没有考虑机械振动对相似材料的力学特性的研究。

所以有必要提供一种能在加载机械振动的情况下研究真三轴测试的相似材料固气能量耦合规律的测试方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法，可以解决现有技术中存在的问题。

一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置的测试方法，所述测试装置包括：实验台、液压泵、功率放大器和PLC控制柜，所述实验台上设有可在水平面上移动的振动台，所述振动台侧面安装有激振器，所述振动台上固定有实验箱，所述实验箱两相邻侧面上分别设有第一液压缸和第二液压缸，所述实验箱顶部设有第三液压缸，所述实验箱两侧面分别开设有进气孔和排气孔，内部具有实验盒，所述实验盒内部固定有进气筛板和能量检测装置，所述振动台底部位于所述实验盒下方的位置安装有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸末端分别伸出第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆，所述第一活塞杆和第二活塞杆均穿过所述实验箱和实验盒的侧壁插入所述实验盒中，所述第三活塞杆穿过所述实验箱从顶部插入所述实验盒中，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸上分别安装有第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器均与所述PLC控制柜电连接，所述PLC控制柜与所述液压泵电连接；所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸通过油管与所述液压泵连接；所述激振器、功率放大器和PLC控制柜依次电连接；

所述测试方法包括：检测所述实验箱的气密性，判断所述实验箱的气密性是否达到实验要求；若所述实验箱的气密性达到要求，在试件上涂抹密封胶放入所述实验盒中，并将所述进气筛板和所述实验盒之间用密封胶密封；将空气压缩机和所述进气孔、进气筛板依次通过管道连接；将所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别与所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆连接；将流量计与所述排气孔通过管道连接；将所述能量检测装置与所述PLC控制柜电连接；打开所述液压泵和PLC控制柜的电源，在所述PLC控制柜的输入界面上输入压力、振动形式、振幅和频率数据；所述激振器带动所述振动台振动；所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸在所述液压泵的控制下向试件施加压力，所述空气压缩机向所述实验箱中充入气体；所述压力传感器检测试件受到的压力，所述能量检测装置检测所述振动台的振动情况，所述流量计检测从所述排气孔中排出的气体流量，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别检测所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆的位移；所述PLC控制柜输出压力、振动形式、振幅、频率、流量和位移参数。

优选地，步骤“检测所述实验箱的气密性，判断所述实验箱的气密性是否达到实验要求”后还具有步骤：将所述实验盒固定在振动台上，并将第一压板、第二压板和第三压板分别固定在所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆插入所述实验盒的末端。

优选地，步骤“将所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别与所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆连接”具体包括：将所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器的测量拉杆分别与所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆连接。

优选地，步骤“将所述能量检测装置与所述PLC控制柜电连接”具体包括：在所述实验箱上开孔，将数据采集线与所述能量检测装置连接，引出所述数据采集线后与所述PLC控制柜电连接，将孔密封。

本发明还提供了一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置，包括实验台、液压泵、功率放大器和PLC控制柜，所述实验台上设有可在水平面上移动的振动台，所述振动台侧面安装有激振器，所述激振器、功率放大器和PLC控制柜依次电连接，所述振动台上固定有实验箱，所述实验箱在一侧面开设有排气孔，所述实验箱在外侧壁上安装有与所述排气孔连通的流量计，所述实验箱两侧面上分别设有第一液压缸和第二液压缸，所述实验箱顶部设有第三液压缸，所述实验箱内部安装有实验盒，所述实验盒内部固定有能量检测装置，所述能量检测装置与所述PLC控制柜电连接，所述振动台底部位于所述实验盒下方的位置安装有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸末端分别伸出第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆，所述第一活塞杆和第二活塞杆均穿过所述实验箱和实验盒的侧壁插入所述实验盒中，所述第三活塞杆穿过所述实验箱从顶部插入所述实验盒中，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸上分别安装有第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器均与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸均通过油管与所述液压泵连接，所述PLC控制柜与所述液压泵电连接。

优选地，所述振动台和实验台之间安装有滑轮，所述振动台通过所述滑轮在所述实验台上沿水平方向移动。

优选地，所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆插入所述实验盒的末端分别固定有第一压板、第二压板和第三压板。

优选地，所述实验箱在一侧面上还开设有进气孔，所述实验盒在内侧壁上安装有与所述进气孔连通的进气筛板，所述进气孔通过进气管道与空气压缩机连接。

优选地，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器均为拉杆式位移传感器，所述第一位移传感器的测量拉杆与所述第一活塞杆固定连接，所述第二位移传感器的测量拉杆与所述第二活塞杆固定连接，所述第三位移传感器的测量拉杆与所述第三活塞杆固定连接。

本发明实施例中一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法，在实验台上设置振动台，振动台上安装进行材料能量耦合规律的测试装置，通过安装在振动台侧面的激振器控制振动台的振动形式、频率和振幅等，以测试材料在不同振动状态下的能量耦合规律，数据精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置的正视结构示意图；

图2为图1中测试装置的右视结构示意图；

图3为图1中实验盒的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种机械振动下材料能量耦合规律测试装置的测试方法步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置及测试方法，如图4所示，该方法包括：

步骤500，盖上实验箱104的上盖板，紧固螺栓，通过进气孔116向实验箱104中充入大于规定实验压力的气体后，关闭空气压缩机及排气孔117上的单向阀，用肥皂水涂抹实验箱104，检测是否有气泡产生，如果没有发现气泡并且将实验箱104静置0.5小时后，实验箱104中的气体压力没有发生明显的变化，则认为气密性达到实验要求；

具体地，实验箱104固定在振动台102上，实验箱104为无底的矩形盒体，与振动台102组成密封空间。进气孔116和排气孔117分别设置在实验箱104两相邻侧壁上，空气压缩机通过管道与进气孔116连通。

步骤501，将实验盒105的四块固定板118用固定螺栓固定在振动台102上，同时将第一压板119固定在第一活塞杆107末端，将第二压板120固定在第二活塞杆110末端，将第三压板121固定在第三活塞杆114末端；

具体地，实验盒105位于实验箱104内部，振动台102上水平固定有第一液压缸106和第二液压缸109，其朝向实验箱104的一端分别伸出第一活塞杆107和第二活塞杆110，第一活塞杆107穿过实验箱104与设有排气孔117的侧壁相对的侧壁并插入实验盒105，第二活塞杆110穿过实验箱104与设有进气孔116的侧壁相对的侧壁并插入实验盒105。第一活塞杆107和第二活塞杆110在液压泵200注入或者抽出液压油的控制下分别沿所述第一液压缸106和第二液压缸109的轴向运动。第三液压缸113竖直设置，其朝向实验箱104的一端伸出第三活塞杆114，第三活塞杆114穿过实验箱104的顶板并插入实验盒105。所述第三活塞杆114在所述液压泵200注入或者抽出液压油的控制下沿所述第三液压缸113的轴向运动，振动台102底部在实验盒105下方安装有压力传感器112，压力传感器112与PLC控制柜400电连接，以检测试件受到的压力数值。

步骤502，将待测试件涂抹704密封硅橡胶放入实验盒105中，并将进气筛板与实验盒105之间用密封胶密封，确保气体在通过试件的整个过程中的气密性；

具体地，进气筛板固定在实验盒105的内侧壁上，并与进气孔116通过管道连通。

步骤503，将第一液压缸106、第二液压缸109和第三液压缸113与液压泵200连接，以此对油缸提供推动力，同时将进气孔116、进气管道与空气压缩机连接，以对试件提供带有压力的气体，将激振器103与振动台102连接，以对振动台102提供机械振动力；

具体地，每个液压缸均通过一根进油管和回油管与液压泵200连接，激振器103安装在振动台102侧面，激振器103通过功率放大器300和PLC控制柜400电连接，振动台102和实验台100之间安装有多个滑轮101，使激振器103能够带动振动台102在实验台100上沿水平方向做机械运动。

步骤504，将第一位移传感器108、第二位移传感器111和第三位移传感器115的测量拉杆分别固定在第一活塞杆107、第二活塞杆110和第三活塞杆114上，以检测第一活塞杆107、第二活塞杆110和第三活塞杆114的位移量；

具体地，第一位移传感器108、第二位移传感器111和第三位移传感器115分别安装在第一液压缸106、第二液压缸109和第三液压缸113上，且均为拉杆式位移传感器。第一位移传感器108、第二位移传感器111和第三位移传感器115分别沿所述第一液压缸106、第二液压缸109和第三液压缸113的轴向设置，且均与PLC控制柜400电连接，以获取位移数据。

步骤505，通过专用耐压胶管及快插接头将流量计与排气孔117连接，以此监测气体流过试件的流量，观测相同压力下流量的变化情况；

具体地，流量计安装在实验箱104设有排气孔117的侧壁的外侧，以测量排气孔117中排出的气体的量，流量计与PLC控制柜400电连接。

步骤506，在实验箱104侧壁开设通孔，将数据采集线与能量检测装置相连，并用空心螺栓引出数据采集线，之后用密封胶密封；

具体地，能量检测装置安装在实验箱101内部，用以检测振动台102的振动形式、振动幅度和振动频率等数据，引出的数据采集线与PLC控制柜400电连接，以将采集到的数据传输至PLC控制柜400。

步骤507，打开液压泵200及PLC控制柜400的电源，在PLC控制柜的输入界面输入第一液压缸106、第二液压缸109和第三液压缸113需要加载的压力值，激振器103所要加载的机械振动的形式、频率和振幅数据，并开始进行实验；

具体地，PLC控制柜400与液压泵200电连接，以控制液压泵200向液压缸中注入液压油，以向试件施加压力。

步骤508，通过激振器103对振动台102加载不同形式的水平机械振动，以研究机械振动对材料力学特性的影响，同时第一液压缸106、第二液压缸109和第三液压缸113在液压泵200的控制下向试件施加压力，空气压缩机向实验箱104中充入气体；

步骤509，所述压力传感器112检测试件受到的压力，所述能量检测装置检测所述振动台102的振动情况，所述流量计检测从所述排气孔117中排出的气体流量，所述第一位移传感器108、第二位移传感器111和第三位移传感器115分别检测所述第一活塞杆107、第二活塞杆110和第三活塞杆116的位移；

步骤510，实验结束后PLC控制柜400输出该次实验的压力、位移、振动形式、振幅、频率和流量等参数。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置的测试方法，其特征在于，

所述测试装置包括：实验台、液压泵、功率放大器和PLC控制柜，所述实验台上设有可在水平面上移动的振动台，所述振动台侧面安装有激振器，所述激振器、功率放大器和PLC控制柜依次电连接，所述振动台上固定有实验箱，所述实验箱两相邻侧面上分别设有第一液压缸和第二液压缸，所述实验箱顶部设有第三液压缸，所述实验箱两侧面分别开设有进气孔和排气孔，内部具有实验盒，所述实验盒内部固定有进气筛板和能量检测装置，所述振动台底部位于所述实验盒下方的位置安装有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸末端分别伸出第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆，所述第一活塞杆和第二活塞杆均穿过所述实验箱和实验盒的侧壁插入所述实验盒中，所述第三活塞杆穿过所述实验箱从顶部插入所述实验盒中，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸上分别安装有第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器均与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸均通过油管与所述液压泵连接，所述PLC控制柜与所述液压泵电连接；

所述测试方法包括：

检测所述实验箱的气密性，判断所述实验箱的气密性是否达到实验要求；

若所述实验箱的气密性达到要求，在试件上涂抹密封胶放入所述实验盒中，并将所述进气筛板和所述实验盒之间用密封胶密封；

将空气压缩机和所述进气孔、进气筛板依次通过管道连接；

将所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别与所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆连接；

将流量计与所述排气孔通过管道连接；

将所述能量检测装置与所述PLC控制柜电连接；

打开所述液压泵和PLC控制柜的电源，在所述PLC控制柜的输入界面上输入压力、振动形式、振幅和频率数据；

所述激振器带动所述振动台振动，同时所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸在所述液压泵的控制下向试件施加压力，所述空气压缩机向所述实验箱中充入气体；

所述压力传感器检测试件受到的压力，所述能量检测装置检测所述振动台的振动情况，所述流量计检测从所述排气孔中排出的气体流量，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别检测所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆的位移；

所述PLC控制柜输出压力、振动形式、振幅、频率、流量和位移参数。

2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤“检测所述实验箱的气密性，判断所述实验箱的气密性是否达到实验要求”后还具有步骤：

将所述实验盒固定在振动台上，并将第一压板、第二压板和第三压板分别固定在所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆插入所述实验盒的末端。

3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤“将所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别与所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆连接”具体包括：

将所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器的测量拉杆分别与所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆连接。

4.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤“将所述能量检测装置与所述PLC控制柜电连接”具体包括：

在所述实验箱上开孔，将数据采集线与所述能量检测装置连接，引出所述数据采集线后与所述PLC控制柜电连接，将孔密封。

5.一种机械振动下材料能量耦合规律的测试装置，其特征在于，包括实验台、液压泵、功率放大器和PLC控制柜，所述实验台上设有可在水平面上移动的振动台，所述振动台侧面安装有激振器，所述激振器、功率放大器和PLC控制柜依次电连接，所述振动台上固定有实验箱，所述实验箱在一侧面开设有排气孔，所述实验箱在外侧壁上安装有与所述排气孔连通的流量计，所述实验箱两侧面上分别设有第一液压缸和第二液压缸，所述实验箱顶部设有第三液压缸，所述实验箱内部安装有实验盒，所述实验盒内部固定有能量检测装置，所述能量检测装置与所述PLC控制柜电连接，所述振动台底部位于所述实验盒下方的位置安装有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸末端分别伸出第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆，所述第一活塞杆和第二活塞杆均穿过所述实验箱和实验盒的侧壁插入所述实验盒中，所述第三活塞杆穿过所述实验箱从顶部插入所述实验盒中，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸上分别安装有第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器均与所述PLC控制柜电连接，所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸均通过油管与所述液压泵连接，所述PLC控制柜与所述液压泵电连接。

6.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述振动台和实验台之间安装有滑轮，所述振动台通过所述滑轮在所述实验台上沿水平方向移动。

7.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆插入所述实验盒的末端分别固定有第一压板、第二压板和第三压板。

8.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述实验箱在一侧面上还开设有进气孔，所述实验盒在内侧壁上安装有与所述进气孔连通的进气筛板，所述进气孔通过进气管道与空气压缩机连接。

9.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器均为拉杆式位移传感器，所述第一位移传感器的测量拉杆与所述第一活塞杆固定连接，所述第二位移传感器的测量拉杆与所述第二活塞杆固定连接，所述第三位移传感器的测量拉杆与所述第三活塞杆固定连接。