CN110261231A - 一种基于mts动力源的温控静动三轴试验装置 - Google Patents

一种基于mts动力源的温控静动三轴试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，包括MTS试验机、高低温环境箱和三轴试验系统，MTS试验机提供试验所需的作用力，高低温环境箱提供试验所需的温度。三轴试验装置包括压力室、测量系统、围压系统，通过围压系统对试样提供高低范围内稳定的围压，通过设定高低温环境箱的温度参数，精确控制试验温度，通过电脑控制各种静动力荷载，从而对各类土木工程材料进行高低温静动力三轴试验研究，尤其是对温度具有敏感性的材料，更能真实的反应不同温度环境中材料的力学特性，本发明结构合理，使用方便，效率高，既可以在不同控制温度下进行静动力三轴试验，也可以在不同稳定围压下进行静动力三轴试验，适合多种材料试验的使用。

Description

一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置
技术领域
本发明涉及土木工程实验设备领域，特别涉及一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置。
背景技术
目前大部分科研院所对各类土工材料进行静动三轴试验时，很难精确控制试验过程的温度。多数试验均在零度以上条件下进行，然而当材料位于严寒地区时，这些研究成果的适用性就值得商榷了。尤其是像土体、沥青混凝土等这种对温度变化较为敏感的材料，其力学性能在低温和常温条件下的表现差异极大。此外，目前土工材料进行静动三轴试验时，一般在静三轴仪和动三轴仪上分开进行，不仅试验成本较高，而且进行静动试验结果的对比分析时，由于试验设备的不同使得分析结果存在一定的误差，对研究成果的准确性存在一定疑虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，本发明技术方案能够控制三轴试验过程的温度，从而提升实验结果的准确性。
本发明所采用的技术方案是，一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，包括：三轴实验装置与MTS动态试验机，所述MTS动态试验机用于提供试验所需的作用力；
所述三轴实验装置包括压力室、测量系统和围压系统；
压力室，所述压力室包括底座，底座上竖直设置有套接的外部套筒与内筒，所述外部套筒与内筒均为密封筒；
围压系统，所述围压系统包括设置在所述底座底部上的底座垫板，还包括围压室，所述围压室为外部套筒的内壁与内筒外壁之间形成的空室，外部套筒远离底座的一端还设置有排气阀门，所述排气阀门与围压室相通；
测量系统，所述测量系统包括体应变测量筒，体应变测量筒通过体应变测量器阀门与内筒相通，所述测量系统还包括氮气瓶，氮气瓶通过氮气压力调节器与围压室相通。
本发明的特点还在于：
其中外部套筒还包括位于筒口的围边，围边的底部还设置有凸块，底座上设置有与凸块配合的凹槽，凸块还套设有法兰密封垫圈；
其中MTS动态试验机包括两个相对外部套筒侧面平行的MTS框架柱，两个MTS框架柱一端设置有MTS横梁，MTS横梁上设置有拉压传感器，还包括T型压杆，T型压杆的水平端位于内筒内，竖直一端伸出外部套筒；
拉压传感器与T型压杆的竖直端相接，两个MTS框架柱另一端设置有工作台面，工作台面上设置有基座，基座与底座相接。
其中压力室还包括设置在底座表面的凹槽，凹槽位于内筒内，凹槽用于放置试件，凹槽与试件之间还设置有试件垫板；
其中T型压杆的水平端与试件相接，且T型压杆与试件之间还设置有试件垫板A基座与凹槽对应设置；
T型压杆与外部套筒连接处还套设有压杆密封圈；
T型压杆与内筒之间还填充有泡沫密封盖，泡沫封盖使压杆和内筒之间密封连接；
其中试件与内筒之间还填充有冷冻液；
其中氮气瓶与氮气压力调节器之间还设置有氮气总阀；
氮气压力调节器与围压室之间还设置有输气阀门；
氮气压力调节器与输气阀门之间还设置有压力表；
体应变测量筒与体应变测量器阀门之间还设置有可移动的卡箍；
其中三轴实验装置还包括高低温环境箱，外部套筒位于高低温环境箱内；
其中高低温环境箱包括箱体，箱体内设置有与箱体两侧平行的隔板，隔板一侧依次设置有发热体与风扇；
箱体还设置有进气扇，进气扇位于风扇的上方，风扇的下方与进气扇对应还设置有蒸发器；
箱体的外侧还设置有电控器；
隔板另一侧放置压力室，拉压传感器伸出箱体，且拉压传感器与箱体的连接处还设置有隔热盖板；
箱体还设置有热电偶，热电偶位于箱体放置压力室的一侧；
其中箱体底部还设置有滑轮，工作台面上设置有与滑轮配合的滑轨，工作台面的两侧还设置有固定块，固定块用于限制滑轮的移动。
本发明的有益效果是：
利用本发明的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验系统，其结构合理，使用方便，利用MTS动态试验机提供动力，对试样施加不同的静力作用或动力作用，利用高低温环境箱提供不同的温度环境，实现不同温度下的静动力三轴试验功能，从而更真实的模拟不同环境温度下材料的静动力学性能；通过氮气对试样提供稳定的围压，保证试样不同高度处的围压相同，克服了液体压力沿高度梯形变化的缺点。
附图说明
图1是本发明的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置整体结构示意图；
图2是本发明的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置三轴装置压力室结构示意图；
图3是本发明的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置高低温环境箱结构示意图；
图中，1.MTS动态试验机，2.MTS横梁，3.MTS框架柱，4.工作台面，5.基座，6.T型压杆，7.拉压传感器，8.三轴试验装置，9.外部套筒，10.内筒，11.围压室，12.固定锚杆，13.底座，14.底座垫板，15.法兰密封垫圈，16.压杆密封圈，17.排气阀门，18.泡沫封盖，19.凹槽，20.凸块，21.体应变测量筒，22.卡箍，23.出水管路，24.体应变测量器阀门，25.输气阀门，26.压力表，27.输气管路，28.氮气压力调节器，29.氮气总阀，30.氮气瓶，31.高低温环境箱，32.箱门，33.工作室，34.隔板，35.发热体，36.热电偶，37.风扇，38.上风道，39.下风道，40.箱体，41.进气扇，42.蒸发室，43.蒸发器，44.电控室，45.滑轨，46.滑轮，47.固定装置，48.试件，49.试件垫板，50.试件垫板A，51.隔热盖板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，如图1所示，包括：三轴实验装置8与MTS动态试验机1，MTS动态试验机1用于提供试验所需的作用力；
MTS动态试验机1包括两个相对外部套筒9侧面平行的MTS框架柱3，两个MTS框架柱3一端设置有MTS横梁2，MTS横梁2上设置有拉压传感器7，还包括T型压杆6，T型压杆6的水平端位于内筒10内，竖直一端伸出外部套筒9；
拉压传感器7与T型压杆6的竖直端相接，两个MTS框架柱3另一端设置有工作台面4，工作台面4上设置有基座4，基座5与底座13相接，T型压杆6的水平端与试件48相接，基座5与凹槽19对应设置，T型压杆6与外部套筒9连接处还套设有压杆密封圈16，T型压杆6与内筒10之间还填充有泡沫密封盖18，泡沫封盖18使压杆6和内筒10之间密封连接；
三轴实验装置8包括压力室、测量系统和围压系统；
如图2所示，压力室，压力室包括底座13，底座13上竖直设置有套接的外部套筒9与内筒10，外部套筒9与内筒10均为密封筒，外部套筒9还包括位于筒口的围边，围边的底部还设置有凸块20，底座13上设置有与凸块20配合的凹槽，凸块20还套设有法兰密封垫圈15，压力室还包括设置在底座13表面的凹槽19，凹槽19位于内筒10内，凹槽19用于放置试件48，试件48与内筒10之间还填充有冷冻液；
围压系统，围压系统用于提供稳定的压力氮气，围压系统包括设置在底座13底部上的底座垫板14，还包括围压室11，围压室11为外部套筒9的内壁与内筒10外壁之间形成的空室，外部套筒9远离底座13的一端还设置有排气阀门17，排气阀门17与围压室11相通；
测量系统，测量系统用于测量试样受到的作用力及产生的变形，测量系统包括体应变测量筒21，体应变测量筒21通过体应变测量器阀门24与内筒10相通，测量系统还包括氮气瓶30，氮气瓶30通过氮气压力调节器28与围压室11相通，氮气压力调节器28能为围压室11提供不同的稳定围压；
氮气瓶30与氮气压力调节器28之间还设置有氮气总阀29；
氮气压力调节器28与围压室11之间还设置有输气阀门25；
氮气压力调节器28与输气阀门25之间还设置有压力表26；
体应变测量筒21与体应变测量器阀门24之间还设置有可移动的卡箍22。
如图3所示，三轴实验装置8还包括高低温环境箱31，外部套筒9位于高低温环境箱31内，高低温环境箱31包括箱体40，箱体40内设置有与箱体40两侧平行的隔板34，隔板34一侧依次设置有发热体35与风扇37；箱体40还设置有进气扇41，进气扇41位于风扇37的上方，风扇37的下方与进气扇41对应还设置有蒸发器43，风扇37设置在38上风道和39下风道中间，38上风道左上角设置有进气扇41，箱体40的外侧还设置有电控器44；隔板34另一侧放置压力室，拉压传感器7伸出箱体40，且拉压传感器7与箱体40的连接处还设置有隔热盖板51；箱体40还设置有热电偶36，热电偶36位于箱体40放置压力室的一侧，箱体40底部还设置有滑轮46，工作台面4上设置有与滑轮46配合的滑轨45，工作台面4的两侧还设置有固定块47，固定块47用于限制滑轮46的移动，且固定块47能够在滑轨45任意处固定。
本发明的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置实施方法为：分离压力室内筒10和外部套筒9，将按规范制作好的试件48放置到底部试件垫板50上，本实施例中，试样为高度为200mm，直径为100mm的圆柱形沥青混凝土。
将高低温环境箱31顺着滑轨45移动至MTS试验机1的T型压杆6正下方处并通过固定块47固定，
在高低温环境箱31底部放置底座垫板14，将装有试件48的压力室放在底座垫板14上，调节MTS试验机1使底座13与MTS试验机1的基座5相连，将体应变量测筒21与体应变量测器阀门24用透明出水管路23依次相连，向试样48与内筒10之间注入不冻液，液面与试样48顶部平齐时停止。
调节高低温环境箱31的温度至试验温度并关闭高低温环境箱31静置两小时，两小时后打开高低温环境箱31，在试件48上放置试样垫板49，安装T型压杆6和泡沫封盖18，将外部套筒9，法兰密封垫圈15，底座13通过固定锚杆12紧密连接。
将T型压杆6与MTS动态试验机1的压力装置拉压传感器7相连，调节MTS动态试验机1使压杆6轻微抵触上部试样垫板49。
将氮气瓶30，氮气总阀29，氮气调节器28，压力表26，输气阀门25及围压室11依次用输气管路27相连，关闭氮气总阀29及输气阀门25，关闭高低温环境箱31。
施加围压，打开排气阀门17，氮气总阀29及输气阀门25，通入氮气5分钟待围压室11中空气排净后关闭排气阀门17，并利用氮气压力调节器28调整输入氮气的压力至所需要的围压大小。
待围压室11内围压稳定后开始施加轴向荷载，根据MTS试验机1的使用要求和试验设计中的要求向试件48施加轴向荷载，进行相应的静动三轴试验，并根据试验停止标准停止试验。

Claims (10)

1.一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，包括：三轴实验装置(8)与MTS动态试验机(1)，所述MTS动态试验机(1)用于提供试验所需的作用力；
所述三轴实验装置(8)包括压力室、测量系统和围压系统；
压力室，所述压力室包括底座(13)，底座(13)上竖直设置有套接的外部套筒(9)与内筒(10)，所述外部套筒(9)与内筒(10)均为密封筒；
围压系统，所述围压系统包括设置在所述底座(13)底部上的底座垫板(14)，还包括围压室(11)，所述围压室(11)为外部套筒(9)的内壁与内筒(10)外壁之间形成的空室，外部套筒(9)远离底座(13)的一端还设置有排气阀门(17)，所述排气阀门(17)与围压室(11)相通；
测量系统，所述测量系统包括体应变测量筒(21)，体应变测量筒(21)通过体应变测量器阀门(24)与内筒(10)相通，所述测量系统还包括氮气瓶(30)，氮气瓶(30)通过氮气压力调节器(28)与围压室(11)相通。
2.根据权利要求1所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述外部套筒(9)还包括位于筒口的围边，所述围边的底部还设置有凸块(20)，底座(13)上设置有与凸块(20)配合的凹槽，所述凸块(20)还套设有法兰密封垫圈(15)。
3.根据权利要求1所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述MTS动态试验机(1)包括两个相对外部套筒(9)侧面平行的MTS框架柱(3)，两个所述MTS框架柱(3)一端设置有MTS横梁(2)，所述MTS横梁(2)上设置有拉压传感器(7)，还包括T型压杆(6)，T型压杆(6)的水平端位于内筒(10)内，竖直一端伸出外部套筒(9)；
所述拉压传感器(7)与T型压杆(6)的竖直端相接，两个所述MTS框架柱(3)另一端设置有工作台面(4)，所述工作台面(4)上设置有基座(5)，所述基座(5)与底座(13)相接。
4.根据权利要求1所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述压力室还包括设置在底座(13)表面的凹槽(19)，凹槽(19)位于所述内筒(10)内，所述凹槽(19)用于放置试件(48)，凹槽(19)与试件(48)之间还设置有试件垫板(50)。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述T型压杆(6)的水平端与试件(48)相接，且T型压杆(6)与试件(48)之间还设置有试件垫板A(49)，基座(5)与凹槽(19)对应设置；
所述T型压杆(6)与外部套筒(9)连接处还套设有压杆密封圈(16)；
所述T型压杆(6)与内筒(10)之间还填充有泡沫密封盖(18)，泡沫封盖(18)使压杆(6)和内筒(10)之间密封连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述试件(48)与内筒(10)之间还填充有冷冻液。
7.根据权利要求1所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述氮气瓶(30)与氮气压力调节器(28)之间还设置有氮气总阀(29)；
所述氮气压力调节器(28)与围压室(11)之间还设置有输气阀门(25)；
所述氮气压力调节器(28)与输气阀门(25)之间还设置有压力表(26)；
所述体应变测量筒(21)与体应变测量器阀门(24)之间还设置有可移动的卡箍(22)。
8.根据权利要求1所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述三轴实验装置(8)还包括高低温环境箱(31)，所述外部套筒(9)位于高低温环境箱(31)内。
9.根据权利要求8所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述高低温环境箱(31)包括箱体(40)，箱体(40)内设置有与箱体(40)两侧平行的隔板(34)，所述隔板(34)一侧依次设置有发热体(35)与风扇(37)；
所述箱体(40)还设置有进气扇(41)，进气扇(41)位于风扇(37)的上方，风扇(37)的下方与进气扇(41)对应还设置有蒸发器(43)；
所述箱体(40)的外侧还设置有电控器(44)；
所述隔板(34)另一侧放置压力室，所述拉压传感器(7)伸出箱体(40)，且拉压传感器(7)与箱体(40)的连接处还设置有隔热盖板(51)；
所述箱体(40)还设置有热电偶(36)，所述热电偶(36)位于箱体(40)放置压力室的一侧。
10.根据权利要求3或8所述的一种基于MTS动力源的温控静动三轴试验装置，其特征在于，所述箱体(40)底部还设置有滑轮(46)，工作台面(4)上设置有与滑轮(46)配合的滑轨(45)，所述工作台面(4)的两侧还设置有固定块(47)，所述固定块(47)用于限制滑轮(46)的移动。
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