CN106769448B - 一种巴西劈裂试验的模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巴西劈裂试验的模具，模具整体包括竖直线性加载器和水平护持夹具，其中竖直线性加载器包括上竖直线性加载器、下竖直线性加载器；水平护持夹具包括右护持夹具、左护持夹具；其中左、右护持夹具通过自身的磁力将标准试件夹在中间进行固定，上、下竖直线性加载器分别通过上滑行槽、下滑行槽与水平护持夹具连在一起。本发明提供的巴西劈裂试验模具，适用范围广，操作简单方便，试验精度高，既保证了施加的线载荷通过试件圆心，且两加载点连成直径的试验要求，又减小了试件破坏的范围，同时还对人和压力机起到了保护作用。

Description

一种巴西劈裂试验的模具

技术领域

本发明涉及一种巴西劈裂试验的模具，尤其是对圆柱形标准试件施加线荷载的试验模具。

背景技术

巴西劈裂试验在岩石力学与工程中的应用非常广泛，可以用来测量岩石的抗拉强度、弹性模量和断裂韧度等，由于该方法试件加工方便，试验简单，是目前最常用的测定抗拉强度的试验方法。

巴西劈裂试验原理是用一个直径为d=50mm，长度为t=25±2mm的实心圆柱形试件，使它承受径向压缩荷载至破坏，按照布辛奈斯克半无限体上作用着集中力的解析解的叠加，可求得岩石的抗拉强度。本试验成功的关键是严格对中，防止试件承受偏心荷载，使用钢丝垫条时，要求钢丝垫条平行试件轴线，上,下两钢丝的连线为试件的直径，保证破裂面通过试件的直径。但是在实际试验中，很难达到上述要求。为了更准确、方便的试验，国内外采用的不同的实验方法，国际岩石力学学会推荐优先采用两个圆弧形模具进行加载，而国内一般采用直接将圆柱试件放于压力机承压板上或在承压板与试件之间加钢丝垫条两种方法进行试验。

采用国际岩石力学学会推荐的圆弧形模具加载方法，虽然可以实现较好的对中要求，尽可能的防止试件承受偏心荷载，导致试验结果出现偏差，但是由于圆弧形模具与试件之间不是严格上的线接触，测定软弱岩石试样时，可能对试验造成严重误差。

目前，国内做巴西劈裂试验的方法：一是直接将圆形试件放在压力机上进行加载，二是放在圆弧形的水平模具里进行加载。这两种方法存在以下几方面的缺陷：

（1）适应性弱，应用范围小。上述这两种方法只适用于较硬的岩石试件，当岩石试件较软时，压力机会把圆柱形试件最上端和最下端压平，这时施加的不再是线载荷，对试验造成严重误差。

（2）可操作性差，费时费力。由于钢丝与圆柱试件接触为线接触，并且试验要求钢丝的连线为试件的直径，所以安装钢丝比较困难，可操作性差。

（3）无保护装置，当试件突然发生破坏时易造成试件的飞散。

针对以上巴西劈裂试验所面临的问题，巴西劈裂试验者亟需一种精确性高、适应性广、操作性强、安全方便的试验模具。

发明内容

本发明旨在提供一种巴西劈裂试验的模具，以解决巴西劈裂试验中圆柱形试件施加严格对中的线荷载困难、安装钢丝麻烦、试验精确度低、试验的可操作性差的问题。

本发明提供的一种巴西劈裂试验的模具，包括水平护持夹具和竖直线性加载器；

所述水平护持夹具为方形结构，包括左、右护持夹具，两个部件左右对称设置；左护持夹具的上、下端分别设有一块磁铁，磁铁极性相同，磁铁之间设有橡胶防护件；右护持夹具与左护持夹具扣合成一个整体，右护持夹具的上、下端分别设有异性磁极，与左护持夹具的对应磁铁相吸引；左、右护持夹具扣合的中心为两个弧形组成的空腔，标准试件位于空腔的中心；标准试件的左、右两个弧形面分别与橡胶防护件的弧形面接触；水平护持夹具的上、下端分别设有上滑行槽和下滑行槽，上滑行槽内设有上竖直线性加载器，下滑行槽内设有下竖直线性加载器；

所述上竖直线性加载器和下竖直线性加载器呈上、下对称设置；上竖直线性加载器的上部为长方体底座，下部为三棱柱，三棱柱的底端为弧形面；下竖直线性加载器的下部为长方体底座，上部为三棱柱，三棱柱的顶端为弧形面；上、下竖直线性加载器的两个弧形面分别与标准试件的上、下表面接触。

上述方案中，所述左、右护持夹具的两个橡胶防护件与标准试件的接触面是弧长为143.15mm、半径为120mm的圆弧面；左、右护持夹具的上、下端中间位置设有厚度为28mm的等腰三角形滑行槽，滑行槽与水平面的夹角呈60°。

上述方案中，所述上、下竖直线性加载器的长方体底座与承压板接触，厚度为27mm的三棱柱体端部与标准试件接触，长方体底座与三棱柱体为一整体，三棱柱体与标准试件接触的一端是对应圆半径为2.5mm的弧形面。

上述方案中，所述磁铁是带开关的永磁铁。

上述方案中，所述磁铁是由线圈制成的电磁铁。

本发明提供的巴西劈裂试验模具，由水平护持夹具将标准试件进行固定，竖直线性加载器通过滑行槽与水平护持夹具连接，对试件进行加载。

本发明的有益效果：

本发明提供的巴西劈裂试验模具，适用范围广，操作简单方便，试验精度高，既保证了施加的线载荷通过试件圆心，且两加载点连成直径的试验要求，又减小了试件破坏的范围，同时还对人和压力机起到了保护作用。

附图说明

图1为本发明模具的整体结构示意图。

图2为下竖直线性加载器的结构示意图。

图3为水平护持夹具的安装示意图。

图4为试件加载时的平面图。

图5为试件加载被破坏的示意图。

图中：1、上竖直线性加载器；2、右护持夹具；3、左护持夹具；4、标准试件；5、下竖直线性加载器；6、上滑行槽；7、下滑行槽；8、底座；9、三棱柱；10、弧形面；11、上磁铁；12、橡胶防护件；13、下磁铁；14、左夹持弧面；15、右夹持弧面。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

本实施例涉及一种巴西劈裂的试验模具，尤其是对圆柱形标准试件施加线荷载的试验模具。

如图1、图2所示，一种巴西劈裂试验的模具，包括水平护持夹具和竖直线性加载器；

所述水平护持夹具为方形结构，包括左、右护持夹具，两个部件左右对称设置；左护持夹具3的上、下端分别设有一块磁铁：上磁铁11和下磁铁13，磁铁极性相同，磁铁之间设有橡胶防护件12；右护持夹具2与左护持夹具3扣合成一个整体，右护持夹具2的上、下端分别设有异性磁极，与左护持夹具3的对应磁铁相吸引；左、右护持夹具扣合的中心为两个弧形组成的空腔，标准试件4位于空腔的中心；标准试件4的左、右两个弧形面分别与橡胶防护件12的弧形面接触；水平护持夹具的上、下端分别设有上滑行槽6和下滑行槽7，上滑行槽6内设有上竖直线性加载器1，下滑行槽7内设有下竖直线性加载器5；

所述上竖直线性加载器1和下竖直线性加载器5呈上、下对称设置；上竖直线性加载器1的上部为长方体底座8，下部为三棱柱9，三棱柱9的底端为弧形面10；下竖直线性加载器5的下部为长方体底座8，上部为三棱柱9，三棱柱9的顶端为弧形面10；上、下竖直线性加载器的两个弧形面分别与标准试件4的上、下表面接触。

上述方案中，所述左、右护持夹具的两个橡胶防护件12与标准试件4的接触面是弧长为143.15mm、半径为120mm的圆弧面；左、右护持夹具的上、下端中间位置设有厚度为28mm的三角形滑行槽，滑行槽与水平面的夹角呈60°。

上述方案中，所述上、下竖直线性加载器的长方体底座8与承压板接触，厚度为27mm的三棱柱9端部与标准试件4接触，长方体底座8与三棱柱9为一整体，三棱柱9与标准试件4接触的一端是对应圆半径为2.5mm的弧形面10。

图1示出了巴西劈裂试验的模具整体图。模具整体包括竖直线性加载器和水平护持夹具，其中竖直线性加载器包括上竖直线性加载器1、下竖直线性加载器5；水平护持夹具包括右护持夹具2、左护持夹具3。其中左、右护持夹具通过自身的磁力将标准试件4夹在中间进行固定，上下竖直线性加载器分别通过上滑行槽6、下滑行槽7与水平护持夹具连在一起。

如图2所示，为下竖直线性加载器立体图。竖直线性加载器下由底座8、三棱柱9组成，三棱柱9的顶端为弧形面10，底座8和三棱柱9为一整体，整体用和试验机承压板相同的钢材制成，其中弧形面10对应圆的直径为5mm，与试验规定的钢丝直径相同，它的作用是对标准试件施加线荷载。

本实施例对照附图说明上述试验模具的加载过程：

如图3所示，为水平护持夹具安装立体图。水平护持夹具由上磁铁11、橡胶防护件12、下磁铁13组成，磁铁可以是由线圈制成的电磁铁，也可以是带开关的永磁铁，这样方便试验完成后模具的拆卸。橡胶防护件可以是天然橡胶，也可以是密度较高的硬橡胶。水平护持夹具的作用是：在加载时保证竖直线性加载器对试件施加严格对中的线载荷，在加载破坏时对周围起到保护作用，同时防止试件飞散、便于破坏后试件碎片的收集。

将标准试件4放入左水平护持夹具3和右水平护持夹具2之间，接通电磁铁的电源开关或者打开永磁铁开关，在磁力作用下水平护持夹具将试件夹紧，这时要保证左右水平护持夹具的上下表面齐平，试件处于水平护持夹具中心位置且试件轴线与护持夹具的中心线同轴。

安装好左、右护持夹具后，将上竖直线性加载器1、下竖直加载器5分别通过上滑行槽6、下滑行槽7与水平护持夹具相连接，将模具整体置于压力机顶底承压板中间位置，随着压力机顶底承压板的缩进，竖直线性加载器的竖直中心轴会自动与两水平护持模具对称中心轴重合，且在竖直线性加载器与试件接触前，水平护持夹具一直处于紧闭状态。

如图4所示，为竖直线性加载器与标准试件刚刚接触，竖直线性加载器正要对标准试件进行加载时的过渡平面图。在竖直线性加载器的弧形面分别与标准试件的上表面、下表面接触的同时，在竖直力的作用下水平护持夹具左夹持弧面14、右夹持弧面15分别与标准试件左表面、右表面刚好分开。

如图5所示，随着竖直线性加载器对试件的加载，左护持夹具3、右护持夹具2分开距离逐渐增大，在磁力作用下水平护持夹具与竖直线性加载器吸在一起，水平护持夹具沿上滑行槽6、下滑行槽7发生相对移动直至试件破坏，破坏时试件会沿竖直直径破坏，此时左、右护持夹具会防止试件向两侧飞散，对人和压力机起到保护作用，同时方便试验者收集破坏的试件碎屑。

Claims (4)

1.一种巴西劈裂试验的模具，其特征在于：包括水平护持夹具和竖直线性加载器；

所述水平护持夹具为方形结构，包括左、右护持夹具，两个部件左右对称设置；左护持夹具的上、下端分别设有一块磁铁，磁铁极性相同，磁铁之间设有橡胶防护件；右护持夹具与左护持夹具扣合成一个整体，右护持夹具的上、下端分别设有异性磁极，与左护持夹具的对应磁铁相吸引；左、右护持夹具扣合的中心为两个弧形组成的空腔，标准试件位于空腔的中心；标准试件的左、右两个弧形面分别与橡胶防护件的弧形面接触；水平护持夹具的上、下端分别设有上滑行槽和下滑行槽，上滑行槽内设有上竖直线性加载器，下滑行槽内设有下竖直线性加载器；

所述上竖直线性加载器和下竖直线性加载器呈上、下对称设置；上竖直线性加载器的上部为长方体底座，下部为三棱柱，三棱柱的底端为弧形面；下竖直线性加载器的下部为长方体底座，上部为三棱柱，三棱柱的顶端为弧形面；上、下竖直线性加载器的两个弧形面分别与标准试件的上、下表面接触；

所述上、下竖直线性加载器的长方体底座与承压板接触，厚度为27mm的三棱柱体端部与标准试件接触，长方体底座与三棱柱体为一整体，三棱柱体与标准试件接触的一端是对应圆半径为2.5mm的弧形面。

2.根据权利要求1所述的巴西劈裂试验的模具，其特征在于：所述左、右护持夹具的两个橡胶防护件与标准试件的接触面是弧长为143.15mm、半径为120mm的圆弧面；左、右护持夹具的上、下端中间位置设有厚度为28mm的等腰三角形滑行槽，滑行槽与水平面的夹角呈60°。

3.根据权利要求1所述的巴西劈裂试验的模具，其特征在于：所述磁铁是带开关的永磁铁。

4.根据权利要求1所述的巴西劈裂试验的模具，其特征在于：所述磁铁是由线圈制成的电磁铁。