CN107907413A - 一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法 - Google Patents

一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107907413A
CN107907413A CN201711127170.6A CN201711127170A CN107907413A CN 107907413 A CN107907413 A CN 107907413A CN 201711127170 A CN201711127170 A CN 201711127170A CN 107907413 A CN107907413 A CN 107907413A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vacuum
loading
saturation bucket
magnetic
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711127170.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107907413B (zh
Inventor
高峰
周国庆
莫品强
王广
程磊
李瑞林
严康
陈君
邱先浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201711127170.6A priority Critical patent/CN107907413B/zh
Publication of CN107907413A publication Critical patent/CN107907413A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107907413B publication Critical patent/CN107907413B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/24Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • G01N2203/0019Compressive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/0069Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075Strain-stress relations or elastic constants
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/023Pressure
    • G01N2203/0234Low pressure; Vacuum
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0236Other environments

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法,所述装置主要由真空饱和桶、不锈钢盖板、真空泵和密封结构组成。密封结构由上、下固定锁帽和两个密封圈共同组成,实现密封环境中的轴向加载。利用本发明装置可以开展模拟月球表面重力场、真空环境下模拟月壤等多种岩土体材料的单轴压缩试验、拉伸试验、平板静载荷及静力触探物理模型试验,可模拟不同的真空环境,多种颗粒尺度、级配和加载速率条件;获得模拟月壤的变形、强度力学性质和工程特性与重力场、真空等因素之间的相关关系,分析、揭示月壤力学特性,特别是月壤弱内聚力、小抗拉强度的形成机理与演化规律,为典型地区月面工程所需月壤的基本力学与工程参数提供试验支撑。

Description

一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法
技术领域
本发明涉及一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法,适用于在磁场、真空环境下开展模拟月壤、黏性土等岩土材料的拉伸、直接剪切、侧限压缩和静载荷模型试验,研究岩土材料的变形、强度等力学与工程特性与重力场和真空环境的耦合效应。
背景技术
外空资源开发是航天事业发展和空间应用的前沿领域,也是近年来国际空间外交舞台及各国航天科技界、空间法学界的热议话题。随着人口持续增长、地球资源的日益枯竭,人类在地球环境实现长期可持续发展将面临巨大挑战,这就迫切需要开发潜在的月球资源。“嫦娥探月”工程按照“绕、落、回”三步走的方针,已借助嫦娥1号、2号和3号探测器实现了“绕”、“落”,后续发射“嫦娥5号”月球探测器将首次开展月面无人钻孔取样返回试验,为我国开展更深入的月球科学探测和建设月球空间基地奠定坚实的基础。但是月球表面的重力场仅为地球的1/6,同时其表面大气非常稀薄,近月空间和月表环境中的大气密度仅有地球的1/1012,属于超高真空环境。相关研究已经表明,月壤等岩土体颗粒材料的物理力学参数与真空度存在一定的环境耦合效应。ALS模拟月壤的原始压实模量随着真空度的增大而呈现线性减小趋势,在真空度为5×10-3Torr时三轴压缩试验应力-应变曲线的起始模量达到了地面环境试验的4.6倍。当气压低于10Pa时,随着气压的继续降低,Apollo系列月壤的导热系数变化很小,但当气压接近1Pa时,月壤的导热系数基本不再变化。此外,关于真空度对月壤力学及工程特性影响规律方面的研究成果甚少,因此为了保证探测器、巡回器在月球表面的安全稳定工作,需要在地面模拟月球表面的小重力、真空环境进行测试实验,同时小重力、真空环境试验系统的构建为揭示月壤变形和强度特性的形成、演化及其对工程的影响机制具有极其重要的学术和工程应用价值。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法,使用方便快捷、精度可靠,且可同时在月球表面小重力场和真空环境中开展模拟月壤、黏性土等岩土材料物理力学与模型试验。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
基于待检测样品的磁学特性,通过其在磁场中受到均匀的电磁场力来模拟月球表面小重力环境,因此设计的试验装置需要放置在特定强度的磁场环境(磁场强度约0-1T)中,试验装置在结构材料选取上既要考虑气压作用下的强度和变形特性,同时也要考虑磁场中的磁化特性,避免产生附加的干扰磁场。
一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置,包括真空饱和桶、不锈钢盖板、真空泵和光滑的加载圆杆,真空饱和桶为透明有机玻璃材质的、有底无盖的空心圆柱体结构,不锈钢盖板盖在真空饱和桶上,并通过环形硅胶密封圈实现密封;
在不锈钢盖板上设置有排气孔、进气孔、仪器安装孔和加载孔,在排气孔内设置有内外丝球阀,在进气孔内设置有进气孔球阀,在仪器安装孔内设置耐震真空表,真空泵的高压气管通过气动快速接头与排气孔连通,通过真空泵对真空饱和桶进行抽真空,通过内外丝球阀的闭合开关调节抽真空速率,通过进气孔球阀平衡抽真空和试验过程中真空饱和桶内外的气压,通过耐震真空表对真空饱和桶内真空度进行检测;加载圆杆贯穿加载孔,在加载圆杆的下端设置有法兰加载端头,加载孔内设置有密封结构,在保证加载圆杆能够相对自由移动的同时保证真空饱和桶的密封性;
在真空饱和桶的底面设置有预留进气孔,在预留进气孔内设置有预留通气球阀,通过预留通气球阀在紧急情况下调节真空饱和桶内外的气压;
所述真空饱和桶内放置有通气底座,通气底座的直径小于真空饱和桶的内径,待检测样品放置在通气底座上方,位于法兰加载端头正下方。
本案中的真空饱和桶主要用于装载模拟月壤等岩土体材料试样,试验时放置在模拟月球表面重力场的通电线圈内;真空饱和桶上部边缘采用环形硅胶密封圈全面包裹,这样既可以在抽真空时保持真空饱和筒与不锈钢盖板的有效密封,也可以包裹住真空饱和桶的有机玻璃边缘,防止试验过程中造成割破手指等安全隐患。
真空饱和桶采用透明有机玻璃材质,一方面保证强度要求,另一方面可以方便观测待检测样品在小重力、真空环境下加载的变形情况;具体来说,考虑模拟月球表面真空度的要求,有机玻璃的厚度应不小于2厘米,外形为一空心圆柱形结构,在真空饱和桶内外气压差的作用下,具有良好的抵抗变形能力。
在真空饱和桶的底面适当位置钻孔并攻丝,形成预留进气孔,并在预留进气孔内设置预留通气球阀;这个设计是基于安全考虑,可以在试验可能出现的紧急情况时打开预留通气球阀,调节真空饱和桶的内外气压。
通气底座的直径要略小于真空饱和桶的内径,用于固定待检测样品,方便将待检测样品放入真空饱和桶内或从真空饱和桶内取出,通气底座可以是透水石等材料,一方面可以防止试验过程中岩土体等颗粒材料洒落、堵塞预留进气孔,另一方面便于更换和清洁维护。
加载圆杆同时需要采用不会磁化的材料,比如铝材,其端部的法兰加载端头可根据具体试验需要更换不同尺寸的法兰加载端头。
根据相关试验的需要,可以在真空饱和桶外安装拍照设备,对加载中的待检测样品进行定时拍照或录像,后期采用数字化技术处理,分析待检测样品在小重力、真空环境下加载的变形规律。
所述的盖板采用不锈钢材质,一方面不锈钢材料在磁场中难以发生磁化现象,另一方面不锈钢材料具有优良的强度、可塑性和易锻造加工特性;具体来说,不锈钢盖板外形为圆形,加工尺寸参照真空饱和桶外径而定,其下部边缘要有足够的光滑度,保证与真空饱和桶的环形硅胶密封圈可以紧密贴合,保证气密性;进一步的,为了使得不锈钢盖板能够抵抗气压差变形,不锈钢盖板需达到一定的厚度,这会造成质量笨重、试验不变等问题,为了克服该问题,设计不锈钢盖板内采用井字梁结构,这样既保证不锈钢盖板有足够的抗弯刚度,又可以减轻重量。
优选的,所述排气孔位于真空饱和桶的一端设置有过滤装置,以防止真空饱和桶内的粉尘等固体颗粒顺气流被吸入真空泵内,影响抽真空效率、避免造成安全隐患。
所述密封结构是整个装置的关键部分,其一方面要具有优良的密封性能,另一方面要保证加载圆杆的自由移动;本案设计的密封结构具体包括上固定锁帽、上密封圈、下密封圈和下固定锁帽,加载孔中间凸起;上密封圈放置在中间凸起的上侧,上固定锁帽与加载孔上端螺纹连接,通过上密封圈实现密封;下密封圈放置在中间凸起的下侧,下固定锁帽与加载孔下端螺纹连接,通过下密封圈实现密封。进一步的,上固定锁帽和下固定锁帽宜采用可避免磁化的铝材料,外侧设计成六边形凸角状,可以方便利用扳手等工具拧紧。
不锈钢盖板中心按上固定锁帽和下固定锁帽的尺寸进行钻孔并局部攻丝,实现螺纹连接;当加载圆杆穿过密封结构时,上、下密封圈与加载圆杆紧密贴合,在真空饱和桶的内外气压作用下,上、下密封圈与加载圆杆间构成一个单独的封闭区域,该封闭区域在加载圆杆运动过程中可形成负压环境,达到优良的密封效果。上、下固定锁帽的螺纹段长度可略大于不锈钢盖板的螺纹段长度,这样可以通过上、下固定锁帽的紧固程度微调密上、下密封圈与加载圆杆间的贴合程度,一方面可以调节该密封结构的密封效果,另一方面,上、下密封圈与加载圆杆的贴合程度直接影响加载过程中的摩擦阻力,试验前可根据密封效果实现标定最优的摩擦系数。
本发明试验装置中,对需要采用螺纹连接的部位,在进行螺纹连接是全部需要缠绕生料带,以保证气密性。
一种基于上述磁拟月球表面重力场真空环境试验装置的试验方法,包括如下步骤:
(a)检查装置:检查装置的真空饱和桶、不锈钢盖板和真空泵是否齐全,环形硅胶密封圈是否平整,耐震真空表是否标零,气动快速接头是否有松动;
(b)样品装填:计算并称量待检测样品,根据试验要求装填待检测样品并将其固定在真空饱和桶底部的通气底座中心位置上,使加载圆杆和法兰加载端头正对待检测样品;调节加载圆杆位置,并在其外壁上均匀涂抹一层凡士林,以减小加载过程中加载圆杆与上、下密封圈之间的摩擦阻力,同时也有助于提高密封效果;
(c)仪器设置:待检测样品固定完成后,先在环形硅胶密封圈上均匀涂抹一层凡士林,再固定不锈钢盖板,然后打开内外丝球阀,同时关闭进气孔球阀和预留通气球阀;启动真空泵开始抽真空,当耐震真空表的指针开始匀速偏转时停止真空泵,等待~min,期间观察耐震真空表是否发生偏转:若发生偏转,则表明存在气密性缺陷,进行气密性检查;若不发生偏转,则表明气密性良好,再次启动真空泵继续抽真空,直至达到试验设计的真空度;
(d)试验记录:将真空饱和桶放置于试验区域中产生磁拟重力场的线圈内,启动磁拟重力场试验系统形成需求的重力环境(特定的月球表面小重力环境),待磁场稳定后,启动加载装置,让法兰加载端头对待检测样品进行力作用,记录试验过程中的轴向载荷值,同时观察耐震真空表,确保真空度的恒定;
(e)试验结束:当待检测样品在加载过程中的轴向载荷值或变形量达到试验要的结束指标后,停止加载装置,同时关闭磁拟重力场试验系统,缓慢打开进气孔球阀,使真空饱和桶重新恢复到自然的气压水平,取出通气底座及待检测样品,完成试验。
有益效果:本发明提供的磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法,相对于现有技术,具有如下优势:1、利用本发明装置可以开展模拟月球重力场、真空环境下模拟月壤等多种岩土体材料的单轴压缩试验、拉伸试验、平板静载荷及静力触探物理模型试验,可模拟不同的真空度,多种颗粒尺度、级配和加载速率条件;2、试验装置选用的有机玻璃、铝、不锈钢等材料在磁场环境下难以发生磁化现象,从而有效避免了因装置结构磁化形成附加磁场对试验磁场的干扰,保证了磁拟月球重力场的精度和试验结果的可靠性;3、对比分析小重力、真空环境下的试验结果,获得模拟月壤的变形、强度力学性质和工程特性与重力场、真空等因素之间的相关关系,深刻揭示模拟月壤弱内聚力、小抗拉强度的形成机理与演化机制,必将推动月壤力学学科的持续创新;4、本发明装置结构简单,安装方便,试验操作灵活,可调节装置内的重力场和真空度,以及加载杆长度,满足多种试样及试验条件。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图;
图2为密封结构的示意图;
图中包括:真空饱和桶1,环形硅胶密封圈2,不锈钢盖板3,真空泵4,高压气管5,内外丝球阀6,气动快速接头7,耐震真空表8,密封结构9,加载圆杆10,法兰加载端头11,过滤网12,进气孔球阀13,通气底座14,预留通气球阀15,试样16,上密封圈17,下密封圈18,上固定锁帽19,下固定锁帽20
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置,包括真空饱和桶1、不锈钢盖板3、真空泵4和光滑的加载圆杆10,真空饱和桶1为透明有机玻璃材质的、有底无盖的空心圆柱体结构,不锈钢盖板3盖在真空饱和桶1上,并通过环形硅胶密封圈2实现密封。由于该试验装置需要放置在一定强度的磁场环境(磁场强度约0-1T)中,因此在材料的选取上既要考虑内、外气压作用下的强度和变形要求,同时要考虑在磁场环境中的磁化问题,避免形成附加的磁化干扰磁场。
所述真空饱和桶1是装载模拟月壤、黏性土等试验材料的容器,试验时需要固定在模拟月球表面重力场的通电线圈内;真空饱和桶1采用透明的有机玻璃材质,一方面保证强度要求,另一方面可以方便观测试样在小重力、真空环境下加载的变形情况;有机玻璃壁厚应不小于2厘米,根据试验磁场区域大小,设计其外径为15~20厘米,高度为30~40厘米,其外观为一空心圆柱体结构,同时在真空饱和桶1上部边缘采用环形硅胶密封圈2全面包裹。在真空饱和桶1的底面适当位置钻孔并攻丝形成预留进气孔,在预留进气孔内设置预留通气球阀15,该预留进气孔的设计是基于安全考虑,便于在试验可能出现的紧急情况时打开预留通气球阀15,调节真空饱和桶1的内外气压。
试验时真空饱和桶1内需放置一块直径略小于真空饱和桶1内径的通气底座14,通气底座14的材料可以是透水石等,一方面可防止试验过程中岩土体等颗粒材料洒落、堵塞预留进气孔;另一方面可以及时更换通气底座14,便于真空饱和桶1的清洁维护。
具体的,根据相关试验需要,可以在真空饱和桶1外放置拍照设备,比如单反相机,对准加载中的待检测样品16进行定时拍照,后期采用数字化技术处理,分析待检测样品16在小重力、真空环境下加载的变形规律。
所述的不锈钢盖板3采用不锈钢材质,一方面不锈钢材料在磁场中难以发生磁化现象,另一方面不锈钢材料具有优良的强度、可塑性和易锻造加工特性。具体的,不锈钢盖板3外观为一圆柱体,加工尺寸参照真空饱和桶1外径而定,其下部边缘宽度应超过真空饱和桶1的壁厚0.5~1厘米,保证与真空饱和桶1上的环形硅胶密封圈2紧密贴合,同时其边缘要有足够的光滑度,保证气密性。具体的,为了防止不锈钢盖板3过于厚重,将不锈钢盖板3内部设计为井字梁结构,这样既保证不锈钢盖板3有足够的抗弯刚度,又可以减轻重量。
具体的,不锈钢盖板3在适宜位置竖向钻孔并内圈攻丝,形成排气孔、进气孔和仪器安装孔,在排气孔内设置有内外丝球阀6,在进气孔内设置有进气孔球阀13,在仪器安装孔内设置耐震真空表8,真空泵4的高压气管5通过气动快速接头7与排气孔连通,通过真空泵4对真空饱和桶1进行抽真空,通过内外丝球阀6的闭合开关调节抽真空速率,通过进气孔球阀13平衡抽真空和试验过程中真空饱和桶1内外的气压,通过耐震真空表8对真空饱和桶1内真空度进行检测;进气孔球阀13在抽真空和试验过程中需要关闭,试验结束时,打开进气孔球阀13,平衡真空饱和桶1的内外气压。
具体的,不锈钢盖板3连接真空泵4的排气孔内侧安装有过滤网装置,以防止真空饱和桶1内的粉尘等固体颗粒被吸入真空泵4,影响真空泵4的抽真空效率并造成潜在安全隐患。
具体的,根据真空环境试验装置的加载需要,在不锈钢盖板3中心位置竖向钻孔使轴向加载圆杆10可以穿过,加载圆杆10与不锈钢盖板3间设计密封结构,使加载圆杆10可以相对不锈钢盖板3自由移动,同时又保证气密性。
所述的密封结构是试验装置的关键部件,其一方面要具有优良的密封性能,另一方面要保证加载圆杆10能够自由移动;如图2所示,所述密封结构包括上固定锁帽19、上密封圈17、下密封圈18和下固定锁帽20,加载孔中间凸起;上密封圈17放置在中间凸起的上侧,上固定锁帽19与加载孔上端螺纹连接,通过上密封圈17实现密封;下密封圈18放置在中间凸起的下侧,下固定锁帽20与加载孔下端螺纹连接,通过下密封圈18实现密封。该密封结构与加载圆杆10配合使用,可以实现优良的密封效果。
具体的,不锈钢盖板3中心按上、下固定锁帽的尺寸进行钻孔,并局部攻丝,分别在上、下凸槽内放置密封圈后连接固定上、下锁帽。当加载圆杆10穿过密封结构时,上、下密封圈与加载圆杆10紧密贴合,在真空饱和桶1的内外气压作用下,上、下密封圈与加载圆杆10间构成一个单独的封闭区域,该封闭区域在加载圆杆10运动过程中可形成负压环境,达到了优良的密封效果。上、下固定锁帽的螺纹段长度可略大于不锈钢盖板的螺纹段长度,这样可以通过锁帽的紧固程度微调密封圈与加载圆杆10间的贴合程度,一方面可以调节该密封装置的密封效果,另一方面,密封圈与加载圆杆10的贴合程度直接影响加载过程中的摩擦阻力,试验前可根据密封效果实现标定最优的摩擦系数。
基于上述磁拟月球表面重力场真空环境试验装置的试验方法,包括如下步骤:
(a)检查装置:检查装置的真空饱和桶1、不锈钢盖板3和真空泵4是否齐全,环形硅胶密封圈2是否平整,耐震真空表是否标零,气动快速接头7是否有松动;
(b)样品装填:计算并称量待检测样品16,根据试验要求装填待检测样品16并将其固定在真空饱和桶1底部的通气底座14中心位置上,使加载圆杆10和法兰加载端头11正对待检测样品16;调节加载圆杆10位置,并在其外壁上均匀涂抹一层凡士林;
(c)仪器设置:待检测样品16固定完成后,先在环形硅胶密封圈2上均匀涂抹一层凡士林,再固定不锈钢盖板3,然后打开内外丝球阀6,同时关闭进气孔球阀13和预留通气球阀15;启动真空泵4开始抽真空,当耐震真空表8的指针开始匀速偏转时停止真空泵4,等待3~5min,期间观察耐震真空表8是否发生偏转:若发生偏转,则表明存在气密性缺陷,进行气密性检查;若不发生偏转,则表明气密性良好,再次启动真空泵4继续抽真空,直至达到试验设计的真空度;
(d)试验记录:将真空饱和桶1放置于试验区域中产生磁拟重力场的线圈内,启动磁拟重力场试验系统形成需求的重力环境(特定的月球表面小重力环境),待磁场稳定后,启动加载装置,让法兰加载端头11对待检测样品16进行力作用,记录试验过程中的轴向载荷值,同时观察耐震真空表8,确保真空度的恒定;
(e)试验结束:当待检测样品16在加载过程中的轴向载荷值或变形量达到试验要的结束指标后,停止加载装置,同时关闭磁拟重力场试验系统,缓慢打开进气孔球阀13,使真空饱和桶1重新恢复到自然的气压水平,取出通气底座14及待检测样品16,完成试验。
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 (5)

1.一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置,其特征在于:包括真空饱和桶(1)、不锈钢盖板(3)、真空泵(4)和光滑的加载圆杆(10),真空饱和桶(1)为透明有机玻璃材质的、有底无盖的空心圆柱体结构,不锈钢盖板(3)盖在真空饱和桶(1)上,并通过环形硅胶密封圈(2)实现密封;
在不锈钢盖板(3)上设置有排气孔、进气孔、仪器安装孔和加载孔,在排气孔内设置有内外丝球阀(6),在进气孔内设置有进气孔球阀(13),在仪器安装孔内设置耐震真空表(8),真空泵(4)的高压气管(5)通过气动快速接头(7)与排气孔连通,通过真空泵(4)对真空饱和桶(1)进行抽真空,通过内外丝球阀(6)的闭合开关调节抽真空速率,通过进气孔球阀(13)平衡抽真空和试验过程中真空饱和桶(1)内外的气压,通过耐震真空表(8)对真空饱和桶(1)内真空度进行检测;加载圆杆(10)贯穿加载孔,在加载圆杆(10)的下端设置有法兰加载端头(11),加载孔内设置有密封结构,在保证加载圆杆(10)能够相对自由移动的同时保证真空饱和桶(1)的密封性;
在真空饱和桶(1)的底面设置有预留进气孔,在预留进气孔内设置有预留通气球阀(15),通过预留通气球阀(15)在紧急情况下调节真空饱和桶(1)内外的气压;
所述真空饱和桶(1)内放置有通气底座(14),通气底座(14)的直径小于真空饱和桶(1)的内径,待检测样品(16)放置在通气底座(14)上方,位于法兰加载端头(11)正下方。
2.根据权利要求1所述的磁拟月球表面重力场真空环境试验装置,其特征在于:所述不锈钢盖板(3)采用井字梁结构。
3.根据权利要求1所述的磁拟月球表面重力场真空环境试验装置,其特征在于:所述排气孔位于真空饱和桶(1)的一端设置有过滤装置。
4.根据权利要求1所述的磁拟月球表面重力场真空环境试验装置,其特征在于:所述密封结构包括上固定锁帽(19)、上密封圈(17)、下密封圈(18)和下固定锁帽(20),加载孔中间凸起;上密封圈(17)放置在中间凸起的上侧,上固定锁帽(19)与加载孔上端螺纹连接,通过上密封圈(17)实现密封;下密封圈(18)放置在中间凸起的下侧,下固定锁帽(20)与加载孔下端螺纹连接,通过下密封圈(18)实现密封。
5.一种基于权利要求1所述的磁拟月球表面重力场真空环境试验装置的试验方法,其特征在于:包括如下步骤:
(a)检查装置:检查装置的真空饱和桶(1)、不锈钢盖板(3)和真空泵(4)是否齐全,环形硅胶密封圈(2)是否平整,耐震真空表是否标零,气动快速接头(7)是否有松动;
(b)样品装填:计算并称量待检测样品(16),根据试验要求装填待检测样品(16)并将其固定在真空饱和桶(1)底部的通气底座(14)中心位置上,使加载圆杆(10)和法兰加载端头(11)正对待检测样品(16);调节加载圆杆(10)位置,并在其外壁上均匀涂抹一层凡士林;
(c)仪器设置:待检测样品(16)固定完成后,先在环形硅胶密封圈(2)上均匀涂抹一层凡士林,再固定不锈钢盖板(3),然后打开内外丝球阀(6),同时关闭进气孔球阀(13)和预留通气球阀(15);启动真空泵(4)开始抽真空,当耐震真空表(8)的指针开始匀速偏转时停止真空泵(4),等待3~5min,期间观察耐震真空表(8)是否发生偏转:若发生偏转,则表明存在气密性缺陷,进行气密性检查;若不发生偏转,则表明气密性良好,再次启动真空泵(4)继续抽真空,直至达到试验设计的真空度;
(d)试验记录:将真空饱和桶(1)放置于试验区域中产生磁拟重力场的线圈内,启动磁拟重力场试验系统形成需求的重力环境,待磁场稳定后,启动加载装置,让法兰加载端头(11)对待检测样品(16)进行力作用,记录试验过程中的轴向载荷值,同时观察耐震真空表(8),确保真空度的恒定;
(e)试验结束:当待检测样品(16)在加载过程中的轴向载荷值或变形量达到试验要的结束指标后,停止加载装置,同时关闭磁拟重力场试验系统,缓慢打开进气孔球阀(13),使真空饱和桶(1)重新恢复到自然的气压水平,取出通气底座(14)及待检测样品(16),完成试验。
CN201711127170.6A 2017-11-15 2017-11-15 一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法 Active CN107907413B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711127170.6A CN107907413B (zh) 2017-11-15 2017-11-15 一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711127170.6A CN107907413B (zh) 2017-11-15 2017-11-15 一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107907413A true CN107907413A (zh) 2018-04-13
CN107907413B CN107907413B (zh) 2019-07-16

Family

ID=61843979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711127170.6A Active CN107907413B (zh) 2017-11-15 2017-11-15 一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107907413B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111829464A (zh) * 2019-04-16 2020-10-27 天津大学青岛海洋技术研究院 一种高水压下浸水物体压缩量测量装置
CN112098628A (zh) * 2020-09-16 2020-12-18 哈尔滨工业大学 一种月壤性能综合试验多功能土槽
CN112683677A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 中国科学院地质与地球物理研究所 模拟变重力、真空条件下岩土动力学的试验系统及方法
CN113295731A (zh) * 2021-05-25 2021-08-24 中国矿业大学 一种小重力高真空环境下粉末样品热物性测试装置及方法
CN113443178A (zh) * 2021-07-06 2021-09-28 哈尔滨工业大学 一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统
CN113686638A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 石家庄铁道大学 土体拉伸剪切耦合试验装置及土体拉伸剪切耦合试验方法
CN114486988A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 东北大学 一种真空环境下微波移动烧结月壤试验装置及试验方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003001157A2 (en) * 2001-06-21 2003-01-03 West Virginia University A sensitive spinline-type extensional viscometer for mobile liquids employing very small liquid volumes
CN201749054U (zh) * 2010-07-01 2011-02-16 青岛海洋地质研究所 天然气水合物力学性能实验装置
CN102288481A (zh) * 2011-07-08 2011-12-21 中国飞机强度研究所 一种抽真空加载设备及其试验方法
CN102809512A (zh) * 2012-08-26 2012-12-05 长安大学 沥青混合料试件真空加载压实试验装置
CN105067494A (zh) * 2015-07-10 2015-11-18 中国矿业大学 一种基于径向渗流实验的渗透率测试方法及装置
CN105548521A (zh) * 2015-12-11 2016-05-04 中国矿业大学 开放式磁重力模型试验系统重力场模拟装置及其方法
CN105823673A (zh) * 2016-05-04 2016-08-03 长安大学 一种多功能沥青混合料真空加载试验台
CN106198228A (zh) * 2016-09-13 2016-12-07 西安科技大学 一种钻屑法预测冲击地压实验模拟系统及方法
CN206132533U (zh) * 2016-10-11 2017-04-26 吉林大学 真空环境下的高温微纳米压痕测试装置
CN106680092A (zh) * 2017-01-22 2017-05-17 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于真空负压的粗粒土强度和变形特性测定装置
CN107063870A (zh) * 2017-05-05 2017-08-18 河海大学 一种透明土应力历史模拟装置及测量方法
CN206515178U (zh) * 2017-03-02 2017-09-22 济南益华摩擦学测试技术有限公司 一种高温真空摩擦磨损试验机

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003001157A2 (en) * 2001-06-21 2003-01-03 West Virginia University A sensitive spinline-type extensional viscometer for mobile liquids employing very small liquid volumes
CN201749054U (zh) * 2010-07-01 2011-02-16 青岛海洋地质研究所 天然气水合物力学性能实验装置
CN102288481A (zh) * 2011-07-08 2011-12-21 中国飞机强度研究所 一种抽真空加载设备及其试验方法
CN102809512A (zh) * 2012-08-26 2012-12-05 长安大学 沥青混合料试件真空加载压实试验装置
CN105067494A (zh) * 2015-07-10 2015-11-18 中国矿业大学 一种基于径向渗流实验的渗透率测试方法及装置
CN105548521A (zh) * 2015-12-11 2016-05-04 中国矿业大学 开放式磁重力模型试验系统重力场模拟装置及其方法
CN105823673A (zh) * 2016-05-04 2016-08-03 长安大学 一种多功能沥青混合料真空加载试验台
CN106198228A (zh) * 2016-09-13 2016-12-07 西安科技大学 一种钻屑法预测冲击地压实验模拟系统及方法
CN206132533U (zh) * 2016-10-11 2017-04-26 吉林大学 真空环境下的高温微纳米压痕测试装置
CN106680092A (zh) * 2017-01-22 2017-05-17 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于真空负压的粗粒土强度和变形特性测定装置
CN206515178U (zh) * 2017-03-02 2017-09-22 济南益华摩擦学测试技术有限公司 一种高温真空摩擦磨损试验机
CN107063870A (zh) * 2017-05-05 2017-08-18 河海大学 一种透明土应力历史模拟装置及测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.A. ORAVEC ET AL.: "Design and characterization of GRC-1: A soil for lunar terramechanics testing in Earth-ambient conditions", 《JOURNAL OF TERRAMECHANICS》 *
林呈祥等: "模拟月壤抗剪强度试验研究及离散元分析", 《岩土力学》 *
邹维列等: "低围压水平下QH-E模拟月壤三轴试验技术与力学特性", 《岩土工程学报》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111829464A (zh) * 2019-04-16 2020-10-27 天津大学青岛海洋技术研究院 一种高水压下浸水物体压缩量测量装置
CN112098628A (zh) * 2020-09-16 2020-12-18 哈尔滨工业大学 一种月壤性能综合试验多功能土槽
CN112098628B (zh) * 2020-09-16 2022-10-25 哈尔滨工业大学 一种月壤性能综合试验多功能土槽
CN112683677A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 中国科学院地质与地球物理研究所 模拟变重力、真空条件下岩土动力学的试验系统及方法
CN113295731A (zh) * 2021-05-25 2021-08-24 中国矿业大学 一种小重力高真空环境下粉末样品热物性测试装置及方法
CN113443178A (zh) * 2021-07-06 2021-09-28 哈尔滨工业大学 一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统
CN113686638A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 石家庄铁道大学 土体拉伸剪切耦合试验装置及土体拉伸剪切耦合试验方法
CN113686638B (zh) * 2021-08-30 2023-07-07 石家庄铁道大学 土体拉伸剪切耦合试验装置及土体拉伸剪切耦合试验方法
CN114486988A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 东北大学 一种真空环境下微波移动烧结月壤试验装置及试验方法
CN114486988B (zh) * 2022-01-27 2024-03-29 东北大学 一种真空环境下微波移动烧结月壤试验装置及试验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107907413B (zh) 2019-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107907413B (zh) 一种磁拟月球表面重力场真空环境试验装置和试验方法
CN104181283B (zh) 受载煤破裂过程中氡气析出测定方法及装置
Wang et al. Determining the diffusion coefficient of gas diffusion in coal: development of numerical solution
CN105424580B (zh) 一种煤全孔径测定及其孔形半定量化方法
CN104713802B (zh) 一种页岩气藏含气量测试方法
CN106886041B (zh) 压差可调式射气岩石介质氡析出率测量装置及其使用方法
Jonassen The determination of radon exhalation rates
CN209264347U (zh) 一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头
CN109406223A (zh) 一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头及采集方法
CN107305195A (zh) 气体化学与稀有气体同位素组成同时测量装置及其方法
CN106198539A (zh) 一种煤体解、吸附变形测量系统及方法
CN205538816U (zh) 气体化学与稀有气体同位素组成同时测量装置
CN104502543A (zh) 一种pm2.5环境模拟装置
CN203259508U (zh) 一种可实现在三轴压力室内采集声发射信号的耦合装置
Xu et al. Experimental study of the gas concentration boundary condition for diffusion through the coal particle
Walsh et al. Elasticity of rock in uniaxial strain
Liu et al. Theoretical models for gas adsorption‐induced coal deformation under coal seam field conditions
CN112858015A (zh) 用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置及方法
CN208366782U (zh) 一种松散堆积体结构分析试验设备
CN103411872B (zh) 一种散粒体孔隙度就仓测量仪
CN209803083U (zh) 一种模拟软岩在不同环境中吸附性的试验设备
CN110220794A (zh) 高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏试验装置及方法
CN111781658A (zh) 一种页岩气层分类图版的建立方法及应用
Zheng et al. On Gas Desorption-Diffusion Regularity of Bituminous Coal with Different Particle Sizes and Its Influence on Outburst-Coal Breaking
CN211697413U (zh) 模拟在拉或压应力状态下测定岩石渗透性能的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant