CN108426768A - 一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法 - Google Patents

一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法，包括：初始阶段对中定位：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力控为主，被动端以位移跟随加载的方式，以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动；加载阶段实时对中：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力加载或位移加载为主，被动端以位移加载的方式，实时以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动。本发明的方法测量精度高，对中效果好，操作效率高，实现了试验加载过程岩样精准对中定位的目的，通过这种方法岩样对中精确，消除了岩样偏心加载的现象。

Description

一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法
技术领域
本发明涉及岩石室内加载试验技术领域，具体是一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法。
背景技术
真三轴压缩试验往往分为两阶段，岩样对中定位阶段和试验加载过程的对中实时响应阶段，岩样对中定位是为了保证岩样在进行加载试验前便处于加载活塞的几何中心。试验加载过程的对中实时响应是为了保证岩样四周活塞前进压缩岩样过程岩样始终处于受力均匀的几何中心位置。岩样对中定位不准确和加载过程控制方法的不当都会导致岩样偏离受力的几何中心而发生局部不均匀破坏，使试验结果不准确。
以往的真三轴试验过程岩样对中定位阶段，主要利用人力驱动的手压泵，将液态油圧入油缸中，控制同一方向对称活塞前后运动，使岩样到达加载板的几何中心，这种操作无疑降低了操作效率，而且对称两油缸中储存的能量不相等，在打开油缸阀门进行正常试验加载时，对称油缸中存储能量较高一边将会推动活塞使岩样向能力较低一边偏移，使岩样产生一个瞬时的偏心。
在试验加载过程的响应阶段，以往的真三轴通常使用可移动加载框架结构，借助反力作用原理实现同步变形补偿，但这种方式加载方法使同轴方向两端活塞一端为主动加载，另一端为被动加载，势必导致岩样两端受力不均，导致偏心现象，尤其进行长期时效试验时，这种受力不均导致的偏心现象愈加明显。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法，包括：
初始阶段对中定位：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力控为主，被动端以位移跟随加载的方式，以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动；
加载阶段实时对中：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力加载或位移加载为主，被动端以位移加载的方式，实时以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动。
所述初始阶段对中定位，包括：
将对中基准进行基准转化，将真三轴压力室岩样对中加载时应该所处的中心位置、上端作动器活塞的初始平面位置、下端作动器活塞的初始平面位置、左端作动器活塞的初始平面位置、右端作动器活塞的初始平面位置转化到平面xoy坐标系中；
对上端作动器活塞位置与下端作动器活塞位置、左端作动器活塞位置与右端作动器活塞位置，进行室内真三轴试验前的对中辅助调节，使上端作动器活塞和下端作动器活塞、左端作动器活塞和右端作动器活塞运动至目标位置；
进行上端作动器活塞与下端作动器活塞、左端作动器活塞与右端作动器控制，对岩样上下面进行预夹紧、对岩样左右面进行预夹紧。
所述对岩样上下面进行预夹紧的方法如下：
以下端作动器活塞为主动端，进行力控；以上端作动器活塞为被动端，进行跟随加载，即：控制器控制下端驱动装置驱动下端作动器活塞以恒定加载力速率加载岩样下端面至设定预夹紧力值，在加载过程中，下端作动器活塞内部位移传感器实时反馈下端作动器活塞位移量△y1至控制器，控制器以△y2＝△y1的位移信号控制上端驱动装置驱动上端作动器活塞运动等量位移量，使上下端作动器活塞同进同退。
所述对岩样左右面进行预夹紧的方法如下：
以左端作动器活塞为主动端，进行力控；以右端作动器为被动端，进行跟随加载，即控制器控制左端驱动装置驱动左端作动器活塞以恒定加载力速率加载岩样左端面至设定预夹紧力值，在此加载程中，左端作动器活塞内部位移传感器实时反馈左端作动器活塞位移量△x2至控制器，控制器以△x1＝△x2的位移信号控制右端驱动装置驱动右端作动器活塞运动等量位移量，使两端活塞同进同退。
所述上端作动器活塞和下端作动器活塞只能上下运动，所述左端作动器活塞和右端作动器活塞只能左右运动。
有益效果：
本发明的方法测量精度高，对中效果好，操作效率高，实现了试验加载过程岩样精准对中定位的目的，通过这种方法岩样对中精确，消除了岩样偏心加载的现象。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的坐标示意图；
图2为本发明具体实施方式的初始对中定位阶段调节原理示意图；
图3为本发明具体实施方式的初始对中定位完成示意图；
图4为本发明具体实施方式的加载阶段实时对中示意图；
图5为本发明具体实施方式的作动器活塞与控制器、电脑连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法，包括：
初始阶段对中定位：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力控为主，被动端以位移跟随加载的方式，以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动，从而达到初始对中。具体包括：
(1)将对中基准进行基准转化，将真三轴压力室岩样对中加载时应该所处的中心位置、上端作动器活塞的初始平面位置、下端作动器活塞的初始平面位置、左端作动器活塞的初始平面位置、右端作动器活塞的初始平面位置转化到平面xoy坐标系中：如图1所示，使用平面xoy坐标系中O点表示真三轴压力室岩样对中加载时应该所处的中心位置，平面xoy坐标系中O1点表示上端作动器活塞的初始平面位置，平面xoy坐标系中O2点表示右端作动器活塞的初始平面位置，平面xoy坐标系中O3点表示下端作动器活塞的初始平面位置，平面xoy坐标系中O4点表示左端作动器活塞的初始平面位置。
(2)对上端作动器活塞位置与下端作动器活塞位置进行室内真三轴试验前的对中辅助调节，使上端作动器活塞和下端作动器活塞运动至目标位置：如图5所示，通过电脑11向控制器10发送信号命令，将命令通过信号线传入控制器10，控制器10分别控制上端驱动装置7和下端驱动装置9，驱动下端作动器活塞3从所述下端作动器活塞3的初始平面位置(即O3点)向上运动至与岩样5接触，此时下端作动器活塞运动到其目标位置O31点；驱动上端作动器活塞1从上端作动器活塞1的初始平面位置(即O1点)向下运动至其目标位置O11点，O11点并未与岩样接触，且满足O点与O31点间距离等于O点与O11点间距离。所述O点与O31点间距离OO31、O点与O11点间距离OO11分别通过下端作动器活塞、下端作动器活塞内部的位移传感器测得。
(3)对左端作动器活塞位置与右端作动器活塞位置进行室内真三轴试验前的对中辅助调节，使左端作动器活塞和右端作动器活塞运动至目标位置：如图5所示，通过电脑11向控制器10发送信号命令，将命令通过信号线传入控制器10，控制器10分别控制左端驱动装置8和右端驱动装置6，驱动左端作动器活塞4从左端作动器活塞4的初始平面位置(即O4点)向右运动至其目标位置O41点，O41点并未与岩样5接触；驱动右端作动器活塞2从右端作动器活塞的初始平面位置(即O2点)向左运动至其目标位置O21点，O21点并未与岩样5接触，且满足O点与O41点间距离等于O点与O21点间距离。O点与O21点间距离OO21、O点与O41点间距离OO41分别通过右端作动器活塞、左端作动器活塞内部的位移传感器测得。
(2)～(3)中的对中辅助调节原理示意图如图2所示。
(4)进行上端作动器活塞与下端作动器活塞控制，对岩样上下面进行预夹紧：以下端作动器活塞为主动端，进行力控；以上端作动器活塞为被动端，进行跟随加载，即：控制器控制下端驱动装置驱动下端作动器活塞以恒定加载力速率加载岩样下端面至设定预夹紧力值，在加载过程中，下端作动器活塞内部位移传感器实时反馈下端作动器活塞位移量△y1至控制器，控制器以△y2＝△y1的位移信号控制上端驱动装置驱动上端作动器活塞运动等量位移量，使上下端作动器活塞同进同退，达到始终对中效果，直至达到预紧力目标值。
(5)进行左端作动器活塞与右端作动器活塞控制，对岩样左右面进行预夹紧：以左端作动器活塞为主动端，进行力控；以右端作动器为被动端，进行跟随加载，即控制器控制左端驱动装置驱动左端作动器活塞以恒定加载力速率加载岩样左端面至设定预夹紧力值，在此加载程中，左端作动器活塞内部位移传感器实时反馈左端作动器活塞位移量△x2至控制器，控制器以△x1＝△x2的位移信号控制右端驱动装置驱动右端作动器活塞运动等量位移量，使两端活塞同进同退，达到始终对中效果，直至达到预紧力目标值。
(6)完成上述(4)～(5)所述岩样预夹紧工作后，岩样初始阶段对中定位完成，如图3所示。
加载阶段实时对中：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力加载或位移加载为主，被动端以位移加载的方式，实时以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动，从而达到加载阶段实时对中。
分别设定下端作动器活塞和左端作动器活塞的目标力或位移及加载力速率或位移速率，且分别设定上端作动器活塞和右端作动器活塞加载位移速率，电脑将命令通过信号线发给控制器，控制器分别控制左端驱动装置及下端驱动装置驱动相应的作动器活塞运动，与此同时，控制器实时接收左端作动器活塞位移及下端作动器活塞位移，如图4所示，初始岩样501加载变成变形后岩样502，这个过程中左端作动器活塞向右行进△x1位移，下端作动器活塞向上行进△y1位移，将反馈信息传达回控制器，控制器控制右端作动器活塞和上端作动器活塞行进等量位移量，即△x2＝△x1，△y2＝△y1，直至室内真三轴试验停止。
所述上端作动器活塞和下端作动器活塞只能上下运动，所述左端作动器活塞和右端作动器活塞只能左右运动。
所述作动器活塞利用信号线与控制器相连，所述控制器与电脑利用信号线进行连接。
上述内容已经参考图1至图5描述了本发明的具体实施方式，本领域技术人员应了解，本发明的产品不仅仅只限于上面描述的实施例，在不偏离本发明的精神的情况下可以做出各种修改，所述修改也应包含在本发明的范围之内。本发明的范围应由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (5)

1.一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法，其特征在于，包括：
初始阶段对中定位：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力控为主，被动端以位移跟随加载的方式，以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动；
加载阶段实时对中：将同轴的两个对称的作动器活塞分为一个主动端和一个被动端，主动端的作动器活塞以力加载或位移加载为主，被动端以位移加载的方式，实时以等位移量跟随主动端的作动器活塞运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始阶段对中定位，包括：
将对中基准进行基准转化，将真三轴压力室岩样对中加载时应该所处的中心位置、上端作动器活塞的初始平面位置、下端作动器活塞的初始平面位置、左端作动器活塞的初始平面位置、右端作动器活塞的初始平面位置转化到平面xoy坐标系中；
对上端作动器活塞位置与下端作动器活塞位置、左端作动器活塞位置与右端作动器活塞位置，进行室内真三轴试验前的对中辅助调节，使上端作动器活塞和下端作动器活塞、左端作动器活塞和右端作动器活塞运动至目标位置；
进行上端作动器活塞与下端作动器活塞、左端作动器活塞与右端作动器控制，对岩样上下面进行预夹紧、对岩样左右面进行预夹紧。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对岩样上下面进行预夹紧的方法如下：
以下端作动器活塞为主动端，进行力控；以上端作动器活塞为被动端，进行跟随加载，即：控制器控制下端驱动装置驱动下端作动器活塞以恒定加载力速率加载岩样下端面至设定预夹紧力值，在加载过程中，下端作动器活塞内部位移传感器实时反馈下端作动器活塞位移量△y1至控制器，控制器以△y2＝△y1的位移信号控制上端驱动装置驱动上端作动器活塞运动等量位移量，使上下端作动器活塞同进同退。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对岩样左右面进行预夹紧的方法如下：
以左端作动器活塞为主动端，进行力控；以右端作动器为被动端，进行跟随加载，即控制器控制左端驱动装置驱动左端作动器活塞以恒定加载力速率加载岩样左端面至设定预夹紧力值，在此加载程中，左端作动器活塞内部位移传感器实时反馈左端作动器活塞位移量△x2至控制器，控制器以△x1＝△x2的位移信号控制右端驱动装置驱动右端作动器活塞运动等量位移量，使两端活塞同进同退。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上端作动器活塞和下端作动器活塞只能上下运动，所述左端作动器活塞和右端作动器活塞只能左右运动。
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