CN107884263A - 一种shpb动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件高效高温加热装置及方法，包括加热试验箱体、电热丝线圈、圆柱抽拉加热单元、温度感应器和电热转换装置；加热试验箱体具有多组加热通道，加热通道的内壁设置有环形的电热丝线圈，并与圆柱抽拉加热单元通过母、子导轨相匹配组成加热试验箱体的主要加热结构，圆柱抽拉加热单元两端为导轨固定端头，保温板设置在导轨固定端头和伸缩杆之间，三爪卡盘装置与伸缩杆连接固定，通过三爪卡盘装置调整和固定岩石试件；加热试验箱体顶部外壁安装有温度感应器，电热转换装置用于提供试验箱加热岩石试件需要的电热能。本发明能够为多组、多尺寸、大直径岩石试件同时加热，操作简单，高效便捷。

Description

一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置及方法

技术领域

本发明涉及SHPB动态冲击试验，具体涉及一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件高效高温加热装置及方法。

背景技术

SHPB动态冲击试验是研究岩石动态作用下力学特性的重要手段之一，也是研究高应变率（一般是指10²～10⁴）范围内的应力-应变曲线关系的主要方法。

目前为止，SHPB试验加热装置及方法主要分为两类：一种是将试件和部分导波杆放入温度箱中同时进行加热，名称为“用于高温霍普金森压杆实验的快速加热装置”（专利申请号：2012105670369）的发明专利描述了一种试件快速加热方式，为了解决入射杆进入加热炉及与高温试件接触时对入射杆及透射杆的升温作用，在入射杆和透射杆上设计了同外径的陶瓷杆，但是试验过程中，没有考虑应力波在不同介质中的传播的差异性以及入射杆冲击作用下带来的误差；另一种是先单独对试件加热，实验前快速将试件安装在系统中，名称为“SHPB系统高温实验自动组装技术”的文章（张方举等，实验力学，2005，Vol .20，第2期，PP .281-284）和名称为“用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置”的发明专利（专利号：ZL200610021096 .5）描述了一种Hopkinson实验双向双气路自动组装装置，但是试验要求精度高，试验系统的准静态控制难度较大。

此外，名称为“一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置”（专利申请号：201710043014.5）提供了一种炉体高温加热装置，实现了快速均匀地加热试件，又能充分利用加热炉空间，且能将加热过程中的气体排出室外等优势，但是对于SHPB试验过程中较多的大尺寸、大直径岩石试件进行高温加热效果较差，一旦对岩石试件开始加热，所需要的电能消耗量较大。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件高效高温加热装置及方法，解决试验过程中岩石试件加热效率低、对岩石试件尺寸和直径等要求高、加热耗能大等问题，为高效、快捷、方便试验提供参考。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：包括加热试验箱体、电热丝线圈、圆柱抽拉加热单元、温度感应器和电热转换装置；

所述加热试验箱体具有多组加热通道，所述加热通道的内壁设置有环形的电热丝线圈，加热通道截面底部和两侧中间位置设置有母导轨，加热通道的最里层设置有用于定位圆柱抽拉加热单元的位置固定卡板；

所述圆柱抽拉加热单元包括导轨固定端头、保温板、基座、伸缩杆、三爪卡盘基座、子导轨；保温板设置在导轨固定端头和基座之间，伸缩杆一端与基座固定连接，伸缩杆另一端与三爪卡盘基座固定连接，三爪卡盘基座上安装三爪卡盘装置，通过三爪卡盘装置调整和固定岩石试件；所述子导轨连接在左右两侧保温板圆截面的底部和两侧中间位置，子导轨与加热试验箱体中的母导轨相互配合；所述导轨固定端头与位置固定卡板的形状相配合；

所述加热试验箱体顶部外壁安装有温度感应器，电热转换装置用于提供试验箱加热岩石试件需要的电热能。

作为优选方案，所述加热试验箱体具有十五组加热通道。

作为优选方案，所述加热试验箱体内壁设置有保温层，所述保温层的材料为泡沫、保温棉，保温层的厚度为1cm。

作为优选方案，所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述母导轨为半圆形结构，包括三根杆件结构。

作为优选方案，所述子导轨与母导轨为搭载错动滑动结构。

作为优选方案，所述位置固定卡板为上半圆形结构，所述导轨固定端头为下半圆形结构。

作为优选方案，所述伸缩杆上设置有伸缩杆按钮，用于实现伸缩杆的伸缩调整。

作为优选方案，所述三爪卡盘装置上设置有长度为2cm和1cm的台阶状三爪卡盘，用于调整岩石试件位置，调整直径范围为6cm~10cm。

作为优选方案，所述圆柱抽拉加热单元还包括抽拉加热单元把手，抽拉加热单元把手连接在导轨固定端头上。

本发明还提供所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置的工作方法，包括以下步骤：

a. 试验开始前，先对要进行试验的岩石试件进行分组和清理；

b. 根据岩石试件的直径和尺寸，调整三爪卡盘按钮到待定的直径；

c. 一端三爪卡盘装置安装固定岩石试件，调整两侧伸缩杆按钮到指定岩石试件尺寸位置，调整岩石试件至两端三爪卡盘装置圆心位置；

d. 岩石试件固定后，检查调整伸缩杆和三爪卡盘按钮，检查无误后，进行下一步；

e. 通过抽拉加热单元把手将圆柱抽拉加热单元推送进加热试验箱体，并记录试验操作孔；

f. 所有岩石试件装箱完成后，打开电源装置，通过中心控制系统打开控制已经装箱的试验操作孔进行加热，并在加热温度达到后，选择恒温保温状态；

g. 取出恒温状态下的岩石试件试验装样并进行试验。

有益效果：本发明提供的一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件高效高温加热装置及方法，能够实现对多组、多尺寸、大直径岩石试件同时进行加热和保温等功能，减少了电能、热能等资源的浪费，中心控制系统的设置实现了对岩石试件加热过程的全程监控和操作简便，高效快捷。

附图说明

图1为本发明整体结构图；

图2为A-A剖面图；

图3为圆柱抽拉加热单元的整体结构图；

图4为圆柱抽拉加热单元的右视图；

图5为本发明系统结构布置图；

图中：1.加热试验箱体；2.圆柱抽拉加热单元；3.温度感应器；4.电热转换装置；5.结构牛腿；6.保温层；7.电热丝线圈；8.位置固定卡板；9.母导轨；10.抽拉加热单元把手；11.导轨固定端头；12.保温板；13.基座；14.伸缩杆；15.三爪卡盘基座；16.子导轨。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1和图2所示，一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件高效高温加热装置，包括加热试验箱体1、圆柱抽拉加热单元2、温度感应器3、电热转换装置4、保温层6、电热丝线圈7、母导轨9和子导轨16。加热试验箱体1通过四根牛腿5支撑在实验室地面之上，本实施例中，加热试验箱体1具有十五组（A1~C5）加热通道，加热试验箱体1内壁设置有1cm的保温层6，加热通道的内壁设置有环形的电热丝线圈7，电热丝线圈厚度为1cm，通过电热转换装置提供加热的电能，加热通道截面底部和两侧中间位置设置有3根母导轨9杆件，加热通道的最里层为上半圆形的位置固定卡板8。所述母导轨为直径为5cm的半圆形结构，整个结构包括3根长度为35cm的杆件结构。子导轨与母导轨为搭载错动滑动结构。

如图3和图4所示，所述圆柱抽拉加热单元2包括导轨抽拉加热单元把手10、固定端头11、保温板12、基座13、伸缩杆14、三爪卡盘基座15、子导轨16，保温板12通过焊接分别与导轨固定端头11和基座13固定，基座13与伸缩杆14焊接固定，三爪卡盘基座15与伸缩杆14焊接固定，三爪卡盘装置安装在三爪卡盘基座15上，通过三爪卡盘装置调整固定岩石试件；所述子导轨16焊接在左右两侧保温板12圆截面的底部和两侧中间位置；抽拉加热单元把手10连接在一侧的导轨固定端头11外。所述三爪卡盘装置通过长度为2cm和1cm的台阶状三爪卡盘调整岩石试件位置，可调整的直径范围为6cm~10cm。

本发明的具体实施操作步骤如下：

试验开始前准备阶段，进行岩石试件的加热过程，岩石试件加热开始前，先对要进行试验的岩石试件进行分组和清理，之后根据待加热的岩石试件直径和尺寸进行确定，调整三爪卡盘基座15按钮到待定的岩石试件直径，一端三爪卡盘装置安装固定岩石试件，调整两侧伸缩杆14按钮到指定岩石试件尺寸位置，调整岩石试件至两端三爪卡盘基座15圆心位置，岩石试件固定后，检查调整伸缩杆14和三爪卡盘基座15按钮，检查无误后，通过抽拉加热单元把手10将圆柱抽拉加热单元2推送进加热试验箱体1，当母导轨9与子轨道16以及导轨固定端头11与位置固定卡板8对接成功后，记录试验操作孔编号。

如图5所示，当所有岩石试件装箱完成后，打开电源装置，通过中心控制系统打开控制已经装箱的试验操作孔进行加热，并在加热温度达到后，选择恒温保温状态。取出恒温状态下的岩石试件试验装样并进行试验。

本发明提供的一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件高效高温加热装置，能够实现对多组、多尺寸、大直径岩石试件同时进行加热和保温等功能，减少了电能、热能等资源的浪费，中心控制系统的设置实现了对岩石试件加热过程的全程监控和操作简便，高效快捷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：包括加热试验箱体、电热丝线圈、圆柱抽拉加热单元、温度感应器和电热转换装置；

所述加热试验箱体具有多组加热通道，所述加热通道的内壁设置有环形的电热丝线圈，加热通道截面底部和两侧中间位置设置有母导轨，加热通道的最里层设置有用于定位圆柱抽拉加热单元的位置固定卡板；

所述圆柱抽拉加热单元包括导轨固定端头、保温板、基座、伸缩杆、三爪卡盘基座、子导轨；圆柱抽拉加热单元的两端为导轨固定端头，保温板设置在导轨固定端头和基座之间，伸缩杆一端与基座固定连接，伸缩杆另一端与三爪卡盘基座固定连接，三爪卡盘基座上安装三爪卡盘装置，通过三爪卡盘装置调整和固定岩石试件；所述子导轨连接在左右两侧保温板圆截面的底部和两侧中间位置，子导轨与加热试验箱体中的母导轨相互配合；所述导轨固定端头与位置固定卡板的形状相配合；

所述加热试验箱体顶部外壁安装有温度感应器，电热转换装置用于提供试验箱加热岩石试件需要的电热能。

2.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述加热试验箱体具有十五组加热通道。

3.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述加热试验箱体内壁设置有保温层，所述保温层的材料为泡沫、保温棉，保温层的厚度为1cm。

4.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述母导轨为半圆形结构，包括三根杆件结构。

5.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述子导轨与母导轨为搭载错动滑动结构。

6.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述位置固定卡板为上半圆形结构，所述导轨固定端头为下半圆形结构。

7.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述伸缩杆上设置有伸缩杆按钮，用于实现伸缩杆的伸缩调整。

8.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述三爪卡盘装置上设置有长度为2cm和1cm的台阶状三爪卡盘，用于调整岩石试件位置，调整直径范围为6cm~10cm。

9.根据权利要求1所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置，其特征在于：所述圆柱抽拉加热单元还包括抽拉加热单元把手，抽拉加热单元把手连接在导轨固定端头上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的SHPB动态冲击试验可拆卸式岩石试件加热装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 试验开始前，先对要进行试验的岩石试件进行分组和清理；

b. 根据岩石试件的直径和尺寸，调整三爪卡盘按钮到待定的直径；

c. 一端三爪卡盘装置安装固定岩石试件，调整两侧伸缩杆按钮到指定岩石试件尺寸位置，调整岩石试件至两端三爪卡盘装置圆心位置；

d. 岩石试件固定后，检查调整伸缩杆和三爪卡盘按钮，检查无误后，进行下一步；

e. 通过抽拉加热单元把手将圆柱抽拉加热单元推送进加热试验箱体，并记录试验操作孔；

f. 所有岩石试件装箱完成后，打开电源装置，通过中心控制系统打开控制已经装箱的试验操作孔进行加热，并在加热温度达到后，选择恒温保温状态；

g. 取出恒温状态下的岩石试件试验装样并进行试验。