CN111006944A - 一种方形试件单轴拉伸试验固定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方形试件单轴拉伸试验固定装置及方法，包括固定组件和试件夹具，固定组件包括上垫片、下垫片、六片宽垫片和两片窄垫片，其中上、下垫片上设有安装孔，上垫片通过胶粘剂与试件的顶部黏贴，下垫片通过粘结剂与试件的底部粘结；其中三个宽垫片黏贴在试件上部的第一、第二、第三侧面，另外三个宽垫片黏贴在试件的下部的第一、第二、第三侧面，一个窄垫片黏贴在试件上部的第四侧面；另一个窄垫片黏贴在试件下部的第四侧面；试件夹具包括上夹具和下夹具，上夹具和下夹具结构相同，均包括一个水平板和四个侧板，其中一个侧板为窄侧板，三个侧板为宽侧板，在水平板上开设有安装孔，在侧板上均开设有螺丝孔。
Description
技术领域
本发明涉及岩土力学的测试领域，尤其是一种方形试件单轴拉伸试验固定装置及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
岩石抗拉强度是确定地下工程围岩破坏区重要的力学指标，由于岩石的抗拉强度远低于抗压强度，所以围岩总是从拉应力区开始破坏，研究岩石的抗拉强度对研究围岩的破坏形式及破坏准则具有重要意义。室内测试岩石的抗拉强度主要可通过直接拉伸和间接拉伸方法来进行。间接拉伸方法最常用的是巴西劈裂法，但通过该方法确定的抗拉强度与直接拉伸试验测得的拉伸强度存在一定误差,且难以获得拉伸全过程应力-应变曲线。发明人发现目前对直接拉伸法的研究还不是很多，其中主要原因是作为直接拉伸岩石试样两端固定比较困难。因此，针对试样与试验机连接的这一难题，大量学者对岩石拉伸试验固定装置方法开展了研究。但目前的试验固定装置方法无法解决粘连端面产生应力集中现象以及顶部胶水强度不够的难题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，操作简便，可用于方形试件单轴拉伸试验的固定装置，该装置可预留结构面周围表面，便于观察结构面断裂破坏过程，有利于研究岩石的破坏形式及破坏规律。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供了一种方形试件单轴拉伸试验固定装置，包括固定组件和试件夹具，所述的固定组件包括上垫片、下垫片、六片宽垫片和两片窄垫片，其中上、下垫片上设有安装孔，上垫片通过胶粘剂与试件的顶部黏贴，下垫片通过粘结剂与试件的底部粘结；其中三个宽垫片黏贴在试件上部的第一、第二、第三侧面，另外三个宽垫片黏贴在试件的下部的第一、第二、第三侧面，一个窄垫片黏贴在试件上部的第四侧面；另一个窄垫片黏贴在试件下部的第四侧面；
所述的试件夹具包括上夹具和下夹具，上夹具和下夹具结构相同，均包括一个水平板和四个侧板，其中一个侧板为窄侧板，三个侧板为宽侧板，且在水平板上开设有安装孔，在侧板上均开设有螺丝孔。
进一步的，所述水平板为矩形，四个侧板焊接在矩形的四个侧面，或者所述的上夹具一体成型。
进一步的，宽侧板的螺丝孔设置四个，上部设置两个，下部设置两个。
进一步的，窄侧板的螺栓孔设置三个，三个螺丝孔位于同一条直线上。
进一步的，在所述的所述上、下垫片设置安装孔，且上、下垫片上的安装孔，与上、下夹具上的安装孔对应。
第二方面，本发明提供了一种基于上述方形试件单轴拉伸试验固定装置的安装方法，包括以下步骤：
A.粘结垫片，在试块顶面粘结上垫片，在试块的底面粘结下垫片，在试样上部的两侧及后面粘宽垫片，前面粘贴窄垫片；在试样下部的两侧及前面粘宽宽垫片，后面粘贴窄垫片；
B.垫片粘好后，放置设定时间，待胶粘剂稍凝固后可安装试件上夹具和下夹具；
C.将上夹具的三个宽侧板与试样上部的三个宽垫片对齐，并保证上夹具的安装孔与上垫片的安装孔对齐，通过加固螺丝将宽侧板与宽垫片紧固，保证上夹具与试件能紧密结合；
D.将下夹具的三个宽侧板与试样下部的三个宽垫片对其，并保证下夹具的安装孔与下垫片的安装孔对齐，通过加固螺丝将宽侧板与宽垫片紧固，保证下夹具与试件能紧密结合；
F.将安装好的装置顶面和底面分别与上、下加载圆盘通过安装孔用螺栓连接。待一段，待胶达到最大强度可以进行单轴拉伸试验。
作为进一步的技术方案，所述的试样中间部分不被上、下垫片包围，即试样中间部分暴露在外面，便于观察结构面断裂破坏过程。
本发明解决了单轴直接拉伸试验中方形试件的固定问题，具有以下优点：
1.本发明提供的单轴直接拉伸试验的试样固定装置通过夹具侧板的加固螺丝将垫片与试件夹具紧固，保证了夹具与试件结合的紧密性，减小粘连端面应力集中现象，避免顶部胶水强度不够的问题。并且通过三侧较宽，一侧较窄的垫片粘贴，预留了结构面周围表面，便于观察结构面断裂破坏过程。
2.本发明研究了一种方形试件单轴拉伸试验固定装置，解决了传统固定装置中粘连端面产生应力集中现象的问题。与前人研究相比，采用该试验固定装置进行单轴拉伸试验的结果更加准确，所得出的模型试验研究成果与工程实践更接近。
3.通过夹具顶部的安装孔可以能成功的将方形试件精确固定在岩石力学实验机上。
4.可单轴直接拉伸试验过程中减小粘连端面应力集中现象，避免顶部胶水强度不够的问题。
5.预留了试样的结构面周围表面，便于观察结构面断裂破坏过程。
6.本专利结构简单、设计合理,制作成本低,便于推广应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1、图2是本发明结构示意图；
其中1.上垫片、2下垫片、3侧面宽垫片、4侧面宽垫片；5侧面窄垫片、6.上夹具、7下夹具、8螺丝、9.安装孔，10试样。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”、“前”、“后”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右、前、后方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明所述的“宽”“窄”表示一个相对的概念，不表示特定尺寸。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种方形试件单轴拉伸试验固定装置及方法。
图1、2中，本实施例公开的一种方形试件单轴拉伸试验固定装置，包括固定组件和试件夹具；
上述的固定组件包括上垫片1、下垫片2、三片侧面宽垫片3、三片侧面宽垫片4和两片侧面窄垫片5，其中上垫片1、下垫片2内设有安装孔9，为了与解决上的安装孔对应，在本实施例所示的结构中，上垫片设置四个安装孔，下垫片上也设有四个安装孔，进一步的，所述上、下垫片1尺寸为170*170*15mm；在试验时，上垫片1、下垫片2通过胶粘剂与试件的上表面和下表面粘结在一起。其中三个宽垫片黏贴在试件上部的第一、第二、第三侧面，另外三个宽垫片黏贴在试件的下部的第一、第二、第三侧面，一个窄垫片黏贴在试件上部的第四侧面；另一个窄垫片黏贴在试件下部的第四侧面；
进一步的，本实施例中所述侧面宽垫片2尺寸为150*50*10mm，所述侧面窄垫片3尺寸为150*20*10mm。
试件夹具包括两个上夹具6和下夹具7，上夹具6和下夹具7均为三边宽一边窄的连接夹具，上下夹具上的安装孔9上下面垫片的安装孔9对齐，使用螺栓连接，保证夹具与试件能紧密结合。具体的，上夹具和下夹具结构相同，均包括一个水平板和四个侧板，其中一个侧板为窄侧板，另外三个侧板为宽侧板，且在水平板上开设有安装孔，此处设置安装孔主要是为了与后期的上、下加载圆盘相连。四个侧板上均开设有螺丝孔，此处设置螺丝孔主要是为了通过螺丝将侧板与侧垫板相连，进而使夹具、垫板和试样形成整体。
所述水平板为矩形，四个侧板焊接在矩形的四个侧面，或者所述的上夹具一体成型。在本实施例中，宽侧板的螺丝孔设置四个，上部设置两个，下部设置两个。窄侧板的螺栓孔设置三个，三个螺丝孔位于同一条直线上。
且上述的，所述固定组件和试件夹具为刚性结构。加固螺丝8将垫片与试件紧固，保证夹具与试件能紧密结合。
上述一种方形试件单轴拉伸试验固定装置及方法，包括以下步骤：
A.粘结垫片，将试块上下面及上下盘的侧面分别用高性能环氧型胶粘剂粘上垫片。粘垫片时，上下侧分别粘贴上下垫片，上盘的两侧及后面粘宽垫片，前面粘贴窄垫片，下盘两侧及前面粘宽垫片，后面粘贴窄垫片。
B.垫片粘好后，放置20～30min，待胶粘剂稍凝固后可安装试件上下夹具4。
C.安装试件上、下夹具，将上、下夹具的三个宽面与三个宽垫片对其，并将上下夹具上的安装孔上下面垫片的安装孔对齐，通过加固螺丝将垫片与试件紧固，保证夹具与试件能紧密结合。
D.将安装好拉伸夹具上下面分别与上下加载圆盘通过安装孔9用螺栓连接。待3～4d，待胶达到最大强度可以进行单轴拉伸试验。
试样中间部分不被上、下垫片包围，即试样中间部分暴露在外面，便于观察结构面断裂破坏过程。
本发明提供的单轴直接拉伸试验的试样固定装置通过夹具侧板的加固螺丝将垫片与试件夹具紧固，保证了夹具与试件结合的紧密性，减小粘连端面应力集中现象，避免顶部胶水强度不够的问题。并且通过三侧较宽，一侧较窄的垫片粘贴，预留了结构面周围表面，便于观察结构面断裂破坏过程。
本发明研究的一种方形试件单轴拉伸试验固定装置，解决了传统固定装置中粘连端面产生应力集中现象的问题。与前人研究相比，采用该试验固定装置进行单轴拉伸试验的结果更加准确，所得出的模型试验研究成果与工程实践更接近。通过夹具顶部的安装孔可以能成功的将方形试件精确固定在岩石力学实验机上。可单轴直接拉伸试验过程中减小粘连端面应力集中现象，避免顶部胶水强度不够的问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种方形试件单轴拉伸试验固定装置，其特征在于，包括固定组件和试件夹具，所述的固定组件包括上垫片、下垫片、六片宽垫片和两片窄垫片，其中上、下垫片上设有安装孔，上垫片通过胶粘剂与试件的顶部黏贴，下垫片通过粘结剂与试件的底部粘结；其中三个宽垫片黏贴在试件上部的第一、第二、第三侧面，另外三个宽垫片黏贴在试件的下部的第一、第二、第三侧面，一个窄垫片黏贴在试件上部的第四侧面；另一个窄垫片黏贴在试件下部的第四侧面；
所述的试件夹具包括上夹具和下夹具，上夹具和下夹具结构相同，均包括一个水平板和四个侧板，其中一个侧板为窄侧板，三个侧板为宽侧板，在水平板上开设有安装孔，在侧板上均开设有螺丝孔。
2.如权利要求1所述的方形试件单轴拉伸试验固定装置，其特征在于，所述水平板为矩形，四个侧板焊接在矩形的四个侧面，或者所述的上夹具一体成型。
3.如权利要求1所述的方形试件单轴拉伸试验固定装置，其特征在于，宽侧板的螺丝孔设置四个，上部设置两个，下部设置两个。
4.如权利要求1所述的方形试件单轴拉伸试验固定装置，其特征在于，窄侧板的螺栓孔设置三个，三个螺丝孔位于同一条直线上。
5.如权利要求1所述的方形试件单轴拉伸试验固定装置，其特征在于，在所述的所述上、下垫片设置安装孔，且上、下垫片上的安装孔，与上、下夹具上的安装孔对应。
6.如权利要求1所述的方形试件单轴拉伸试验固定装置，其特征在于，所述固定组件和试件夹具为刚性结构。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的方形试件单轴拉伸试验固定装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
B.粘结垫片，在试块顶面粘结上垫片，在试块的底面粘结下垫片，在试样上部的两侧及后面粘宽垫片，前面粘贴窄垫片；在试样下部的两侧及前面粘宽宽垫片，后面粘贴窄垫片；
B.垫片粘好后，放置设定时间，待胶粘剂稍凝固后可安装试件上夹具和下夹具；
C.将上夹具的三个宽侧板与试样上部的三个宽垫片对齐，并保证上夹具的安装孔与上垫片的安装孔对齐，通过加固螺丝将宽侧板与宽垫片紧固，保证上夹具与试件能紧密结合；
D.将下夹具的三个宽侧板与试样下部的三个宽垫片对其，并保证下夹具的安装孔与下垫片的安装孔对齐，通过加固螺丝将宽侧板与宽垫片紧固，保证下夹具与试件能紧密结合；
F.将安装好的装置顶面和底面分别与上、下加载圆盘通过安装孔用螺栓连接；待胶达到最大强度进行单轴拉伸试验。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，试验时，所述的试样中间部分不被上、下垫片包围。
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