CN108036996A - 用于shpb冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置 - Google Patents

用于shpb冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置 Download PDF

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朱珍德
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Abstract

一种用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，包括试验箱，其包括箱体和箱体盖，所述箱体一侧通过铰链与箱体盖连接，所述试验箱设置有贯穿的中空通道，所述中空通道底部沿中心线对称设置有滚轮装置，所述中空通道两侧的箱体上分别通过电热丝固定杆连接有电热丝弧线圈，所述中空通道底部对应的箱体内设置有电热丝弧线圈，所述箱体上设置有保温板开关和与中空通道适配的保温板，所述保温板开关与保温板连接控制保温板的开启和关闭。本发明使岩石试件加热过程中均匀受热，全程控制和自动化恒温管理，适用范围广，能满足不同尺寸的试验件的要求，高效加热，操作简单，有效减低电能消耗量。

Description

用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置
技术领域
本发明涉及岩石动力学分离式霍普金森杆室内试验装置，具体涉及一种用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置。
背景技术
目前为止，在岩石动力学高应变率试验中，通常采用SHPB试验研究岩石试样的变形和破坏，用以模拟强震作用下岩石变形和破坏情况。
但是，对于SHPB试验加热装置及方法目前研究较少，主要有以下两类：一种是将试件和部分导波杆放入温度箱中同时进行加热，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。对于前种方法，中国专利2012105670369公开了一种试件快速加热方式，引入了入射杆和透射杆上设计了同外径的陶瓷杆方式，但是却忽略了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；中国专利201610260511.6的发明专利描述了一种用于高温SHPB动态冲击实验的快速加热装置，该装置实现了对岩石试件单独加热、快速安装以及准确定位，但是极容易导致岩石试件与加热通道相接触部位加热不够充分，不能实现均匀加热，此外，保温板作为该装置加热以及快速安装重要部分，安装和拆卸方式不便，导致加热装置内部保温效果差。对于后种方法，中国专利申请号：201710043014.5提供了一种炉体高温加热装置，能够快速均匀地加热试件，充分利用加热炉空间等优势，但是忽略了岩石试件的尺寸和直径，对于大尺寸、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，此外名称为张方举等人发表在实验力学期刊上的“SHPB系统高温实验自动组装技术”和中国专利200610021096.5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。因此，现有加热装置存在加热不均匀，试验要求精度高，适用性范围小，加热速度慢，实验过程容易造成温度误差，电能消耗大的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供一种用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，解决现有装置加热不均匀，试验要求精度高，适用性范围小，加热速度慢，实验过程容易造成温度误差，电能消耗大的问题。
技术方案：本发明所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，包括试验箱，其包括箱体和箱体盖，所述箱体一侧通过铰链与箱体盖连接，所述试验箱设置有贯穿的中空通道，所述中空通道底部沿中心线对称设置有滚轮装置，所述中空通道两侧的箱体上分别通过电热丝固定杆连接有电热丝弧线圈，所述中空通道底部对应的箱体内设置有电热丝弧线圈，所述箱体上设置有保温板开关和与中空通道适配的保温板，所述保温板开关与保温板连接控制保温板的开启和关闭。
为了校准岩石试件的位置和尺寸，有利于更好的完成加热和安装过程，所述箱体上设置有与中空通道平行的刻度尺。
为了满足了不同直径岩石试件的滚动，保证岩石试件在滚动加热完成均匀加热，所述滚轮装置包括对称的三对滚轮，三对滚轮与水平方向的夹角分别为10°、35°和60°。
为避免箱体内部热量的耗散、快速安装试验入射杆以及岩石试件、安全高效，所述保温板包括凸体、保温棉和保温板连动杆，所述保温棉与所述凸体平面一侧连接，所述保温连动杆一端与凸体凸面的中心连接。
为了监控试件加热温度以进行控制和调整，所述箱体盖上设置有温度传感器。
为了提供岩石试件加热所需的电热能，所述所述箱体上设置有电热转换器，所述电热转换器通过电线与所述电热丝弧线圈连接。。
为了方便试验箱在试验轨道自由移动，所述箱体底部以可拆卸方式设置有箱体滚轮装置，所述箱体滚轮装置包括滚轮、滚轮连动杆和滚轮枢纽，所述滚轮通过滚轮枢纽与滚轮连动杆连接。
为了避免箱体内部热量的耗散，所述试验箱包裹有一层保温层，保温层由保温棉和泡沫材料组成，所述箱体和箱盖内部填充有保温填充材料，所述保温填充材料为酚醛泡沫材料。
有益效果：本发明使岩石试件加热过程中均匀受热，全程控制和自动化恒温管理，适用范围广，能满足不同尺寸的试验件的要求，高效加热，操作简单，有效减低电能消耗量。
附图说明
图1是本发明装置整体结构示意图；
图2是本发明打开箱体盖的结构示意图；
图3是本发明箱体的结构示意图；
图4是本发明保温板结构示意图；
图5是本发明箱体滚轮装置结构示意图；
图6是本发明控制系统网络结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-6所示，用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置22，包括试验箱1，其包括箱体和箱体盖，箱体一侧通过铰链5与箱体盖连接，可以打开箱体盖，试验箱1设置有贯穿试验箱前后两面的中空通道2，中空通道2底部沿中心线对称设置有滚轮装置15，滚轮装置15包括对称的三对滚轮，三对滚轮与水平方向的夹角分别为10°、35°和60°，中空通道2两侧的箱体上分别通过电热丝固定杆14连接有电热丝弧线圈13，电热丝弧线圈13弧度为直径10cm的圆的八分之一圆周，弧长为30cm，中空通道2底部对应的箱体内设置有电热丝弧线圈13，箱体上设置有保温板开关6和与中空通道适配的保温板11，保温板11包括凸体16、保温棉17和保温板连动杆18，保温棉17与凸体16平面一侧连接，保温连动杆18一端与凸体16凸面的中心连接，保温板开关6与保温板11连接控制保温板11的开启和关闭，箱体上设置有与中空通道2平行的刻度尺12，可以校准岩石试件的位置和尺寸，有利于更好的完成加热和安装过程，刻度尺12的长度可以根据试验箱和岩石试件来选择，本实施例用的刻度尺12为长度为40cm，高度为3cm，箱体盖上设置有温度传感器3，温度传感器3伸入试验箱1内部，通过电线连接试验箱外的温控装置23，箱体上设置有电热转换器4，电热转换器4伸入试验箱内部，一端通过电线与电热丝弧线圈连接，另外一端通过电线也与温控装置23连接，以将电能转换为热能，温度传感器3和电热转换器4均通过两级电源插头连接电源24，插头两侧分设置有1个锁定螺丝，保证加热过程中的安全、可控和顺利进行，箱体底部以可拆卸方式设置有箱体滚轮装置7，箱体滚轮装7置包括滚轮20、滚轮连动杆19和滚轮枢纽21，滚轮20通过滚轮枢纽21与滚轮连动杆19连接，滚轮连动杆19与箱体底部通过螺栓连接。其中，试验箱包裹厚度为1cm，由保温棉和泡沫材料组成的保温层9，箱体和箱盖内部填充有保温填充材料10，保温填充材料为酚醛泡沫材料。
使用本发明时打开箱体盖，在箱体后侧铰链5的保护作用下，保证箱体内部温度不扩散并缝隙严密闭合清理岩石试件表面，通过刻度尺12校核岩石试件的尺寸和位置后将试件安装在中空通道里，安装时选择滚轮装置15位于岩石试件中部左右位置附近，并且岩石试件尽量位于电热丝弧线圈13中部位置，安装完成后，关闭箱体盖1，并扭转试验箱开关装置8至“off”档位，保证箱体严密闭合，然后关闭保温板开关装置6，接通温度传感器3和电热转换装置4，确认无误后打开电源，如图5所示，根据温控装置，对岩石试件加热温度、加热时间等进行控制和调整。
加热完成后，若SHPB试验尚未开始，可进行恒温保温操作，若SHPB试验立即开始，则打开保温板开关装置6，调整入射杆和投射杆通过试验中空通道安装并固定岩石试件，岩石试件安装后，关闭电源，打开箱体盖1，并将试验箱撤离SHPB试验轨道，一切就绪后，即可进行SHPB动态冲击试验。

Claims (10)

1.一种用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，包括试验箱(1)，其包括箱体和箱体盖，所述箱体一侧通过铰链(5)与箱体盖连接，所述试验箱(1)设置有贯穿的中空通道(2)，所述中空通道(2)底部沿中心线对称设置有滚轮装置(15)，所述中空通道(2)两侧的箱体上分别通过电热丝固定杆(14)连接有电热丝弧线圈(13)，所述中空通道(2)底部对应的箱体内设置有电热丝弧线圈(13)，所述箱体上设置有保温板开关(6)和与中空通道适配的保温板(11)，所述保温板开关(6)与保温板(11)连接控制保温板的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述箱体上设置有与中空通道(2)平行的刻度尺(12)。
3.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述滚轮装置(15)包括对称的三对滚轮，三对滚轮与水平方向的夹角分别为10°、35°和60°。
4.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述保温板(11)包括凸体(16)、保温棉(17)和保温板连动杆(18)，所述保温棉(17)与所述凸体(16)平面一侧连接，所述保温连动杆(18)一端与凸体(16)凸面的中心连接。
5.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述箱体盖上设置有温度传感器(3)。
6.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述箱体上设置有电热转换器(4)，所述电热转换器(4)通过电线与所述电热丝弧线圈连接。
7.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述箱体底部以可拆卸方式设置有箱体滚轮装置(7)。
8.根据权利要求7所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述箱体滚轮装置(7)包括滚轮(20)、滚轮连动杆(19)和滚轮枢纽(21)，所述滚轮(20)通过滚轮枢纽(21)与滚轮连动杆(19)连接。
9.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述试验箱包裹有一层保温层(9)，保温层(9)由保温棉和泡沫材料组成。
10.根据权利要求1所述的用于SHPB冲击试验多尺寸岩石试件快速加热装置，其特征在于，所述箱体和箱盖内部填充有保温填充材料(10)，所述保温填充材料为酚醛泡沫材料。
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