CN109001013A - 一种多边形相似材料试件成型模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩体工程领域，具体涉及一种用于相似模型试验的多边形相似材料试件成型模具，包括自下而上布置形成成型腔体的模具底盘、模具侧板和模具压板。通过改变模具侧板的数量以及调节模具侧板在模具底盘上的相对位置，即可形成特定形状的成型腔体，以此来达到调节试块的形状和尺寸的目的。将配比好的相似材料倒入成型腔体内，并借助模具压板进行压制，便可得到多边形相似材料试件。将多边形相似材料试件按一定顺序装入相似模型试验台内并通过粘结剂粘在一起形成多节理组条件下的相似模型，即可进行多节理组条件下的相似模型试验。

Description

一种多边形相似材料试件成型模具及方法

技术领域

本发明涉及相似模型试验，具体涉及一种用于相似模型试验的多边形相似材料试件成型模具。

背景技术

相似模型试验方法是根据相似理论，采用某种人工材料，根据所模拟的实体原型制成相似模型，通过对模型上有关力学参数、变形状态的测试分析，推断在实体原型上可能出现的力学现象与变形规律，为解决岩体工程问题提供参考依据。该方法具有直观性强、重复性高以及解决一些数学方法尚无法分析的复杂工程问题等优点。目前相似模型试验已被广泛用来研究采矿工程中与岩体相关的各类工程问题。

通常在相似模型试验中，首先进行模型堆砌，即根据相似原理将多种材料按既定的比例和顺序混合，之后将混合好的材料装入相似模型试验台内，通过加压等方式制作成模型，最后根据所研究问题进行特定条件下的加载、开挖和测试。然而，实际工程岩体往往被节理裂隙切割成不规则的岩块，岩块之间依靠填充物粘结在一起。节理裂隙的存在对岩体性质具有重大影响，因此，相似模型实验中往往需要在模型中人为制造裂隙。对于规则的裂隙可以在模型堆砌时形成，而对于不规则裂隙则难以实现。现有技术针对每种多边形相似材料试件均单独制作一个模具以此来制作多边形相似材料试件，之后再将多边形相似材料试件用粘结剂堆置在一起形成整体模型同时获得相似模型，一个尺寸2m×2m×0.2m的相似模型往往需要数百块试块。

发明内容

(一)要解决的技术问题

现有技术中每种多边形相似材料试件均单独制作一个模具，使获得相似模型的成本增加。

(二)技术方案

本发明所要实现的目的是，设计出一种既能节省时间又能减少模具制造成本的用于相似模型试验的多边形相似材料试件成型模具。该模具可将配比好的相似材料制作成具有特定形状的多边形试件。同时，同一模具在一定范围内可通过改变模具侧板的数量和调节各模具侧板间的相对位置，以此来达到调节试块形状和尺寸的目的。将这些试件按一定顺序装入相似模型试验台内并通过粘结剂粘在一起，即可进行多节理组条件下的相似模型试验。为实现以上目的，本发明提供一种用于相似模型试验的多边形相似材料试件成型模具，包括模具底盘、模具侧板、模具压板、圆弧密封条、螺栓和螺母。

所述模具底盘上表面周向分布若干环形卡槽；

所述模具侧板为L形板，包括垂直模板和水平定位板，所述水平定位板上设有螺栓固定槽；

所述螺栓适于同时插入所述环形卡槽和所述螺栓固定槽并固定，从而将所述模具侧板按理想方位固定在所述模具底盘上；

所述模具底盘、多个模具侧板和模具压板自下而上布置形成成型腔体。

进一步的，每个所述环形卡槽上至少开有一个圆形孔，所述螺栓的头部直径小于圆形孔直径和环形卡槽底部宽度、大于环形卡槽顶部开口宽度，所述螺栓的螺杆直径小于环形卡槽顶部开口宽度，所述螺栓通过所述圆形孔放入环形卡槽。

进一步的，所述圆弧密封条通过圆形孔放入环形卡槽用来密封环形卡槽，防止相似材料堵塞环形卡槽和获得的多边形相似材料试件形状不规整的情况发生。

进一步的，所述L形模具侧板的安装侧设有加强筋，防止相似材料试件制作过程中模具侧板出现不需要的结构弯曲变形。

一种用于相似模型试验的多边形相似材料试件的制作方法，其特征在于：采用如上所述的多边形相似材料试件成型模具，其包括以下步骤：

S1、根据所研究岩体包含的节理组确定相似材料试件的尺寸和形状，并根据相似材料试件的形状确定所需模具侧板的数量；

S2、将模具侧板摆放在模具底盘上，形成与所需多边形相似材料试件尺寸和形状一致的成型腔体；

S3、依据模具侧板在模具底盘上的位置，在对应环形卡槽的圆形孔处置入螺栓，并将螺栓滑到环形卡槽的指定位置；

S4、将圆弧密封条通过圆形孔放入环形卡槽用来密封环形卡槽，防止相似材料堵塞环形卡槽和获得的多边形相似材料试件形状不规整的情况发生；

S5、通过螺栓和螺母将模具侧板固定在模具底盘上形成特定形状的成型腔体。

进一步的，还包括以下步骤：

S6、向成型腔体内倒入混合好的相似材料，并通过模具压板反复压制；

S7、从成型腔体内取出多边形相似材料试件；

S8、根据多边形相似材料试件的尺寸与形状的不同，更改模具侧板的数量和模具侧板在模具底盘上的摆放位置，并重复上述步骤，得到多个尺寸和形状多边形相似材料试件；

S9、将多边形相似材料试件按一定顺序装入相似模型试验台内并通过粘结剂粘在一起，即可获得用于多节理组条件下的相似模型试验的相似模型。

(三)有益效果

通过采用上述设计方案，本发明的有益效果是通过改变模具侧板的数量以及调节模具侧板在模具底盘上的相对位置，即可形成特定形状的成型腔体，成型腔体内放入相似材料即可制作不同尺寸和形状的多边形相似材料试件。不用根据不同多边形相似材料试件的尺寸和形状重新制作模具，既能节省时间又能减少模具制造的成本

模具底盘环形卡槽与模具侧板螺栓固定槽的设置，实现了各模具侧板在模具底盘上的位置和角度的调节，使本模具更加的灵活多变，可满足制作复杂多边形相似材料试件的要求。

同时，底盘环形卡槽与多段圆弧密封条组合，保证了底盘的密封性，防止相似材料堵塞环形卡槽和获得的多边形相似材料试件形状不规整的情况发生。

附图说明

附图1为本发明结构示意图；

附图2为模具底盘示意图，其中图2(a)为模具底盘俯视图、图2(b)为模具底盘左视图；

附图3为模具侧板示意图，其中图3(a)为模具侧板主视图、图3(b)为模具侧板左视图、图3(c)为模具侧板俯视图；

附图4为模具压板示意图，其中图4(a)为模具压板俯视图、图4(b)为模具压板主视图；

附图5为圆弧密封条示意图，其中图5(a)为圆弧密封条主视图、图5(b)为圆弧密封条俯视图；

附图6为模具底盘与模具侧板连接示意图；

附图7为含节理组的相似模型试验示意图。

【附图标记说明】

1、模具底盘；2、环形卡槽；3、圆形孔；4、模具侧板；5、螺栓固定槽；6、加强筋；7、螺栓；8、螺母；9、成型腔体；10、圆弧密封条；11、模具压板；12、相似模型试验台；13、相似材料试件。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，下面结合图例将本发明的具体实施方式作详细的阐述。

如图1-图6所示，一种多边形相似材料试件成型模具，包括自下而上布置的为模具底盘1、多个模具侧板4、模具压板11三部分组成，辅助配件包括螺栓7、螺母8和圆弧密封条10。通过改变模具侧板4的数量以及调节模具侧板4在模具底盘1上的相对位置，即可形成特定形状的成型腔体9，将配比好的相似材料倒入成型腔体9内，同时借助模具压板11进行压制，便可得到多边形相似材料试件13。

所述模具底盘1上设有环形卡槽2和圆形孔3，环形卡槽2实现模具侧板4在模具底盘1上位置的调节和固定，圆形孔3实现螺栓7和圆弧密封条10的放置和取出。所述模具侧板4为L形板，包括垂直模板和水平定位板，其水平定位板上设有螺栓固定槽5，其安装侧设有加强筋6，螺栓固定槽5实现模具侧板4与模具底盘1的固定(连接方式如图6所示)，并通过调节螺栓7在螺栓固定槽5内的位置，调节调节模具侧板4在模具底盘1上的相对位置，加强筋6的作用是防止试件制作过程中模具侧板4出现不需要的结构弯曲变形。将多个模具侧板4按既定形状进行组合排列，并通过螺栓7、螺母8、环形滑槽2和螺栓固定槽5之间的相互配合将模具侧板4固定在模具底盘1上，即可形成特定形状的成型腔体9。所述模具压板11用来压制相似材料，使成型腔体9内的相似材料形成致密的多边形相似材料试件13。所述圆弧密封条10通过圆形孔3放入环形卡槽2用来密封环形卡槽2，防止相似材料堵塞环形卡槽2和获得的多边形相似材料试件13形状不规整的情况发生。

实施例提供了一种用于相似模型试验的多边形相似材料试件的制作方法，其采用本发明提供的多边形相似材料试件成型模具，具体包括以下步骤：

S1、根据所研究岩体包含的节理组确定相似材料试件13的尺寸和形状，并根据相似材料试件13的形状确定所需模具侧板4的数量；

S2、将模具侧板4摆放在模具底盘1上，形成与所需多边形相似材料试件13尺寸和形状一致的成型腔体9；

S3、依据模具侧板4在模具底盘上1的位置，在对应环形卡槽2的圆形孔3处置入螺栓7，并将螺栓7滑到环形卡槽2的指定位置；

S4、将圆弧密封条10通过圆形孔3放入环形卡槽2用来密封环形卡槽2，防止相似材料堵塞环形卡槽2和获得的多边形相似材料试件13形状不规整的情况发生；

S5、通过螺栓7和螺母8将模具侧板4固定在模具底盘上1形成特定形状的成型腔体9；

S6、向成型腔体9内倒入混合好的相似材料，并通过模具压板11反复压制；

S7、从成型腔体9内取出多边形相似材料试件13；

S8、根据多边形相似材料试件13的尺寸与形状的不同，更改模具侧板4的数量和模具侧板4在模具底盘1上的摆放位置，并重复上述步骤，得到多个尺寸和形状多边形相似材料试件13；

S9、将多边形相似材料试件13按一定顺序装入相似模型试验台12内并通过粘结剂粘在一起，即可获得用于多节理组条件下的相似模型试验的相似模型。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多边形相似材料试件成型模具，包括模具底盘、多个模具侧板、模具压板、若干螺栓和螺母、多段圆弧密封条，其特征在于：

所述模具底盘上表面周向分布若干环形卡槽；

所述模具侧板为L形板，包括垂直模板和水平定位板，所述水平定位板上设有螺栓固定槽；

所述螺栓适于同时插入所述环形卡槽和所述螺栓固定槽并固定，从而借助于所述螺母将所述模具侧板按理想方位固定在所述模具底盘上；

所述模具底盘、多个模具侧板和模具压板自下而上布置形成成型腔体。

2.根据权利要求1所述多边形相似材料试件成型模具，其特征在于：每个所述环形卡槽上至少开有一个圆形孔，所述螺栓的头部直径小于圆形孔直径和环形卡槽底部宽度、大于环形卡槽顶部开口宽度，所述螺栓的螺杆直径小于环形卡槽顶部开口宽度，所述螺栓通过所述圆形孔放入环形卡槽。

3.根据权利要求1所述多边形相似材料试件成型模具，其特征在于：所述圆弧密封条通过圆形孔放入环形卡槽用来密封环形卡槽。

4.根据权利要求1所述多边形相似材料试件成型模具，其特征在于:所述L形模具侧板的安装侧设有加强筋。

5.一种用于相似模型试验的多边形相似材料试件的制作方法，其特征在于：采用如权利要求1-4任意一项所述的多边形相似材料试件成型模具，其包括以下步骤：

S1、根据所研究岩体包含的节理组确定相似材料试件的尺寸和形状，并根据相似材料试件的形状确定所需模具侧板的数量；

S2、将模具侧板摆放在模具底盘上，形成与所需多边形相似材料试件尺寸和形状一致的成型腔体；

S3、依据模具侧板在模具底盘上的位置，在对应环形卡槽的圆形孔处置入螺栓，并将螺栓滑到环形卡槽的指定位置；

S4、将圆弧密封条通过圆形孔放入环形卡槽用来密封环形卡槽，防止相似材料堵塞环形卡槽和获得的多边形相似材料试件形状不规整的情况发生；

S5、通过螺栓和螺母将模具侧板固定在模具底盘上形成特定形状的成型腔体。

6.根据权利要求5所述用于相似模型试验的多边形相似材料试件的制作方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S6、向成型腔体内倒入混合好的相似材料，并通过模具压板反复压制；

S7、从成型腔体内取出多边形相似材料试件。

7.根据权利要求6所述用于相似模型试验的多边形相似材料试件的制作方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S8、根据多边形相似材料试件的尺寸与形状的不同，更改模具侧板的数量和模具侧板在模具底盘上的摆放位置，并重复上述步骤，得到多个尺寸和形状多边形相似材料试件。

8.根据权利要求7所述用于相似模型试验的多边形相似材料试件的制作方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S9、将多边形相似材料试件按一定顺序装入相似模型试验台内并通过粘结剂粘在一起，即可获得用于多节理组条件下的相似模型试验的相似模型。