CN108375509A - 一种主动围压和爆炸动静加载实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动围压和爆炸动静加载实验装置。所述的主动围压和爆炸动静加载实验装置包括：实验装置、液压系统装置、表面应变测量系统、内部应变测量系统。液压系统装置、表面应变测量系统和内部应变测量系统通过实验装置连接在一起。通过液压系统装置实现双向稳定压力加载过程，利用楔形块等过渡装置使试件所受压力更加均匀、稳定。通过内置传感器能够实现对试件内部响应过程的精准控制，同时消除“边界效应”对实验的干扰作用。用内置传感器和外部的高速拍摄系统，不仅能扑捉试件在组合加载下的变形过程，同时能分析岩石微裂隙的生长及扩展延伸规律。更有利于分析工程实践中的大变形或宏观断裂过程。
Description
技术领域
本发明涉及围压加载和爆炸实验的技术领域，具体涉及一种主动围压和爆炸动静加载实验装置。
背景技术
随着地下工程和军事设施深度不断增加，处于高地应力环境中的深部岩石在爆炸强动载作用下的破碎机理研究逐渐引起人们的重视。在岩石受到爆炸等强动载后，初始预应力与爆炸应力波相互叠加、形成复杂的加载环境，岩石在组合加载下产生微裂隙、裂纹贯穿和破碎等现象。
对于岩石在组合加载下产生微裂隙、裂纹贯穿和破碎等现象，通常采用相似模型试验进行分析。相似模型试验是将不便于研究的自然现象搬进实验室进行观察研究的重要手段和方法。现有的技术中，主要是利用改进后的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置，对不同围压下岩石材料的动态特性进行实验研究。通常对圆柱形试件的轴向和环向进行围压约束，得到单轴条件下岩石材料的动态本构关系和破坏特征。但由于炸药爆炸在岩石产生应力波传播和衰减相对复杂，岩石的动态响应不仅涉及材料的动力学问题，同时结构动力学因素也需考虑。这使得通过现有的技术无法准确分析出岩石材料的动态结构关系和破坏特征。
面对现有技术中对同围压下岩石材料的动态特性进行实验研究的不足，如何才能更加精准分析出岩石材料的动态结构关系和破坏特征是本发明有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，用以解决现有技术中无法精准分析出岩石材料的动态结构关系和破坏特征的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为提供一种主动围压和爆炸动静加载实验装置。所述的主动围压和爆炸动静加载实验装置包括：实验装置、液压系统装置、应变测试系统装置。所述的实验装置与液压系统装置、应变测试系统装置连接在一起。
所述的实验装置包括：主体框架、楔形块、试件、装药柱、内置传感器、液压油缸。楔形块、试件、装药柱、内置传感器、液压油缸、同步触发器设置在主框架的内部。
所述的主体框架长方体状的框架，主框架的内壁上刻有凹槽作为液压油缸的定位导轨。
所述的液压油缸设置在主框架的内壁上，液压油缸有液压系统装置连接在一起。液压系统装置为液压油缸提供动力，使得液压油缸得以水平围压和竖直围压。
所述的楔形块设置在主框架内，用于固定加载试验装置中的样片。
所述的试件设置在楔形块上，在试件的中心位置钻有直孔。直孔用于放置装药柱。试件的“A”部分内侧刻有凹槽，用于放置内置传感器。
所述的内置传感器设置在试件的凹槽上，内置传感器收到的信息后，通过将信号采集后进行存储，并在后期进行动态结构关系和破坏特征进行分析。
所述的液压系统装置包括：液压传动装置、压力传感器，液压系统装置通过压力传传动装置与实验装置的液压油缸连接在一起。其中液压传动装置为液压油缸提供动力源，并通过液压的压力传感器进行控制所要实施的载荷大小。
所述的应变测试系统装置包括：表面应变测量系统、内部应变测量系统。应变测试系统装置与实验装置连接在一起。当实验装置模拟爆炸时，模拟爆炸产生的电流会使得应变测量系统接收到信息，实现对试件的动态结构关系和破坏特征进行分析。
所述的表面应变测量系统包括：高速相机、DIC分析系统。表面应变测试系统装置与实验装置的同步触发器连接在一起。对试件的表面的应变的变换进行存储和分析。
所述的内部应变测量系统包括：LTT放大器、数据采集器。内部应变测量系统与实验装置的同步触发器连接在一起。是对试件的表面的应变的变换进行存储和分析。
本发明具有如下优点：通过液压系统装置实现双向稳定压力加载过程，利用楔形块等过渡装置使试件所受压力更加均匀、稳定。通过内置传感器能够实现对试件内部响应过程的精准控制，同时消除“边界效应”对实验的干扰作用。用内置传感器和外部的高速拍摄系统，不仅能扑捉试件在组合加载下的变形过程，同时能分析岩石微裂隙的生长及扩展延伸规律。更有利于分析工程实践中的大变形或宏观断裂过程。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明实验张志的纵向剖视图。
图3为本发明试件的剖面示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示，一种主动围压和爆炸动静加载实验装置包括：实验装置1、液压系统装置2、应变测试系统装置3。所述的实验装置1与液压系统装置2、应变测试系统装置3连接在一起。
所述的实验装置包括：主体框架101、楔形块102、试件103、装药柱104、内置传感器105、液压油缸106。楔形块102、试件103、装药柱104、内置传感器105、液压油缸106、同步触发器107设置在主框架的内部。
所述的液压系统装置2包括：液压传动装置201、压力传感器202，液压系统装置2通过压力传传动装置201与实验装置1的液压油缸106连接在一起。
所述的应变测试系统装置3包括：表面应变测量系统301、内部应变测量系统302。应变测试系统装置与实验装置的同步触发器107连接在一起。所述的表面应变测量系统301包括：高速相机303、DIC分析系统304。所述的内部应变测量系统302包括:LTT放大器305、数据采集器306。
实施例
在实际的操作中，将内置传感器置于试件103内部。在试件103制作时，每组试件由A、B两片组成，A为研究对象，在A两端面进行DIC和应变测试。在应变片测试端面，为了消除轴向反射波的拉伸作用，用B片紧贴合测试端面，同时在DIC测试面进行做标记点处理(位置与应变片相对应)。四个楔形块用于固定试件的相对位置。为了操作简便，髙压油泵可根据需要采用手动方式。对每一个千斤顶，在实验前都必须进行压力标定。通常量测压力用油压表，它装在分油器上。通过在千斤顶活塞顶头前装置压力传感器，精确测得千斤顶的实际压力。
然后，在试件和千斤顶之间放置楔形块使围压作用更均匀。采用液压系统装置给试件缓慢加压，当压力至设定围压后，采用螺栓对试件进行固定约束，以消除由爆炸加载压缩液压油所造成的围压卸载。
最后，搭建高速等测试仪器，建立High-speed DIC试验测试平台，使用高速拍摄技术对爆炸作用下岩石动态响应过程进行全场非接触式测量。对于高速DIC技术，采用高频光源以保证高速相机拍摄照片的清晰度以提高后期相关算法的计算精度。设置同步触发装置，将爆炸产生电离场形成电流回路转化为Transistor–Transistor Logic信号(TTL)，同步触发高速相机和应变测试系统装置。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的主动围压和爆炸动静加载实验装置包括：实验装置、液压系统装置、应变测试系统装置；所述的实验装置与液压系统装置、应变测试系统装置连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的实验装置包括：主体框架、楔形块、试件、装药柱、内置传感器、液压油缸；楔形块、试件、装药柱、内置传感器、液压油缸、同步触发器设置在主框架的内部。
3.根据权利要求2所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的主体框架长方体状的框架，主框架的内壁上刻有凹槽作为液压油缸的定位导轨；
所述的液压油缸设置在主框架的内壁上，液压油缸有液压系统装置连接在一起；液压系统装置为液压油缸提供动力；
所述的楔形块设置在主框架内，用于固定加载试验装置中的样片。
4.根据权利要求2所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的试件设置在楔形块上，在试件的中心位置钻有直孔；直孔用于放置装药柱；试件的“A”部分内侧刻有凹槽，用于放置内置传感器；
所述的内置传感器设置在试件的凹槽上，内置传感器收到的信息后，通过将信号采集后进行存储，并在后期进行动态结构关系和破坏特征进行分析。
5.根据权利要求1所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的液压系统装置包括：液压传动装置、压力传感器，液压系统装置通过压力传传动装置与实验装置的液压油缸连接在一起。
6.根据权利要求1所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的应变测试系统装置包括：表面应变测量系统、内部应变测量系统；应变测试系统装置与实验装置连接在一起。
7.根据权利要求6所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述表面应变测量系统包括：高速相机、DIC分析系统；表面应变测试系统装置与实验装置的同步触发器连接在一起。
8.根据权利要求6所述的一种主动围压和爆炸动静加载实验装置，其特征在于，所述的内部应变测量系统包括:TT放大器、数据采集器；内部应变测量系统与实验装置的同步触发器连接在一起。
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