CN111168898A - 一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置及方法。本发明利用电磁场对磁流体较强的吸附能力，使得磁流体在磁场环境中具有沿磁感线均匀分布的趋势从而形成规则起伏的造型，通过控制环境电磁场中电流的强弱进而改变磁流体的环境磁场强度，根据实际需求使磁流体形成高低不平的突刺状起伏面，并可通过量化控制电磁场的电流强度建立其与磁流体在特定磁场中突刺形状特征之间的量化关系，达到定量模拟节理面粗糙度的目的。随后在其上覆盖一层液态的热固性树脂，经过高温加热后，热固性树脂凝结失去流动性，在磁流体表面形成热固性树脂膜，并在热固性树脂膜表面均匀涂抹上树脂硬化液使其固化并增强膜的硬度，通过环境磁场将磁流体吸出后，即可制成模拟节理面粗糙度的树脂模具。

Description

一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙 度模具的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置及方法，属于岩土工程技术领域。
背景技术
节理是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造，作为一种重要的结构面，节理在岩石内部广泛的分布，会对岩石的物理力学性质产生显著的影响，而节理面的粗糙度是影响节理岩体强度与变形特性的重要因素之一，因此开展节理面粗糙度相关试验研究显得尤为重要。目前试验研究已有的岩样节理制作方法中，主要是通过原岩劈裂或拉伸或者人工机械切割等方式预制节理，所模拟出的节理面的粗糙度大多是随机不可控的，或者节理面粗糙度无法定量控制。并且由于其形成过程中的随机性，使得要测量和计算这些模拟节理的粗糙度变得较为复杂，研究节理粗糙度与岩石特性的相关关系也存在着相当的难度。因此，在制作相似材料贯通节理岩样时，能够实现定量控制节理面粗糙度的技术与方法，将会为岩体节理粗糙度相关的试验研究提供较为便利的试验技术手段。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种在制备含有贯通节理相似材料岩样时利用磁流体流塑特性和热固性树脂材料热成型特性制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置及方法，利用磁流体在磁场环境中具有沿磁感线均匀分布的趋势从而形成规则起伏的造型的能力，以及热固性树脂的液化流动性、表面附着成型能力、受热固化定型能力，通过量化控制电磁场的电流强度建立其与磁流体在特定磁场中突刺形状起伏面粗糙度特征之间的量化关系，制作能定量模拟节理面粗糙度的模具，以简便高效的方法制作出粗糙度可控制、可量化的节理。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置包括透明容器，在所述透明容器中设有托盘，在所透明容器内装热固性树脂液，所述托盘与磁力发生器连接，磁力发生器产生的磁力作用于托盘上的磁流体，至少部分热固性树脂液与所述磁流体相接触。
进一步进,所述的磁流体为盐水基磁流体。
进一步讲,所述的磁力发生器为与所述托盘物理连接的筒体、及绕在筒体表面的电磁线圈。
进一步讲,所述装置还包括给所述热固性树脂液加热的加热部件。
进一步讲,所述加热部件为发热电阻丝。
进一步讲,阀门开关与所述透明容器连接。
进一步讲,导管的一端穿入透明容器中、且靠近托盘。
一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法包括以下步骤：
Step1：托盘产生磁力；
Step2：向托盘中添加磁流体，所述磁流体在托盘磁力作用下固定在托盘上；
Step3：向透明容器中添加热固性树脂液，使热固性树脂液与磁流体相接触；
Step4：打开加热部件对热固性树脂液进行加热、并停止注入热固性树脂液；
Step5：打开透明容器的阀门开关排出热固性树脂液，过程中不停止加热部件加热；
Step6：透明容器中热固性树脂液液面低于托盘下边缘后关闭阀门开关；
Step7：重复Step3- Step6，即反复注入和放出热固性树脂液，并始终保持加热部件加热，直至托盘内的磁流体表面均匀覆盖上一层树脂膜；
Step8：排空透明容器中热固性树脂液，继续保持加热部件加热，观察树脂膜成胶凝状后，在其表面涂抹树脂硬化液，待硬化；
通过Step1～Step8,完成节理粗糙度模具的制作。
优选的,一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法还包括以下步骤：
Step9：完成Step8后，将硬化完毕节理粗糙度模具取出，用磁铁将节理粗糙度模上残留的磁流体液体吸出，将树脂模具清理干净；
Step10：将清理干净的树脂模具置于表面轮廓记录仪上，通过记录仪绘制模具轮廓曲线，通过计算得出节理粗糙度指标。
优选的,一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法还包括以下步骤：
Step11：改变电流强弱控制托盘磁力的大小，使磁流体突刺状起伏面的粗糙程度发生改变，并反复进行Step1～Step10,利用反复的试验手段测定出形成不同粗糙度的节理模具所需的环境磁场电流强度，通过量化控制电磁场的电流强度建立其与磁流体在特定磁场中突刺形状特征之间的量化关系，达到定量模拟节理面粗糙度的目的。
本发明具有如下有益效果：
1．磁流体良好的流塑性和磁性使得它能在磁场环境中根据磁场强弱以及磁感线的方向形成规则起伏的造型，是十分理想的模拟不同粗糙度节理面的材料。
2．热固性树脂能够在磁流体表面均匀覆盖并形成树脂膜，且其所具备的独特热固性能使之在加温条件下配合树脂固化剂能够快速硬化成形，制得的树脂模具有一定的强度及刚度，不会轻易的断裂或破碎。
3．可通过量化控制电磁场的电流强度建立其与磁流体在特定磁场中突刺形状起伏面粗糙度特征之间的量化关系，达到定量模拟节理面粗糙度的目的。
4．利用现已有的表面轮廓记录仪装置和技术，可精准绘制节理面曲线，使节理粗糙度的测量和计算变得十分方便，为后续节理面粗糙度的研究提供了便利。
5．内外双层的电磁线圈，外层通电可制造环境磁场，内层通电可通过发热电阻丝产生热量起到加热的作用，高效便捷，做到一物两用。
6．磁流体的磁性使其在模具制作完成后能通过磁铁完全吸出，不会残留在模具上成为杂质影响后续实验，可保证实验的精确性和真实性。
7．制作完树脂模具后的磁流体和树脂液均可反复利用，高效利用材料和资源，使得试验全过程绿色、经济、环保。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明的装置整体剖面图。
图2为电磁线圈及液面的分层剖面图。
图中：托盘1、透明容器2、磁流体3、电磁线圈4、热固性树脂液5、电控装置8、发热电阻丝9、阀门开关10、导管11
具体实施步骤
如图1中, 一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置包括透明容器2，在所述透明容器2中设有托盘1, 阀门开关10与所述透明容器2连接，在所透明容器2内装热固性树脂液5，所述托盘1与磁力发生器连接，磁力发生器产生的磁力作用于托盘1上的磁流体3,优选的, 磁流体3为盐水基磁流体,其盐水质量比为1:4，优选的,导管11的一端穿入透明容器2中、且靠近托盘1,至少部分热固性树脂液5与磁流体3相接触。
优选的,磁力发生器为与所述托盘1物理连接的筒体、及绕在筒体表面的电磁线圈4。
优选的, 一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置还包括给所述热固性树脂液5加热的加热部件,进一步优选的,如图2所示,加热部件为发热电阻丝9,发热电阻丝9设在筒体内,其产生的热量能通过托盘1向外幅射。
一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法包括以下步骤：
Step1：托盘产生磁力；
Step2：向托盘中添加磁流体，磁流体在托盘磁力作用下固定在托盘上, 磁流体因电磁线圈4产生的磁场作用而吸附在托盘1底部并沿磁感线方向形成高低不平的突刺状起伏面，等待磁流体液面稳定, 通过调节电控装置8(优选的, 电控装置8与电磁线圈4电性连接)从而定量调控形成具有某一粗糙度的磁流体突刺状起伏面所需的电磁场强度；
Step3：向透明容器中添加热固性树脂液，使热固性树脂液与磁流体相接触；
Step4：打开加热部件对热固性树脂液进行加热、并停止注入热固性树脂液；
Step5：打开透明容器的阀门开关排出热固性树脂液，过程中不停止加热部件加热；
Step6：透明容器中热固性树脂液液面低于托盘下边缘后关闭阀门开关10；
Step7：重复Step3- Step6，即反复注入和放出热固性树脂液，并始终保持加热部件加热，直至托盘内的磁流体表面均匀覆盖上一层树脂膜；
Step8：排空透明容器中热固性树脂液，继续保持加热部件加热，观察树脂膜成胶凝状后，在其表面涂抹树脂硬化液，待硬化；
通过Step1～Step8,完成节理粗糙度模具的制作;
Step9：完成Step8后，将硬化完毕节理粗糙度模具取出，用磁铁将节理粗糙度模上残留的磁流体液体吸出，将树脂模具清理干净；
Step10：将清理干净的树脂模具置于表面轮廓记录仪上，通过记录仪绘制模具轮廓曲线，通过计算得出节理粗糙度指标;
Step11：改变电流强弱控制托盘磁力的大小，使磁流体突刺状起伏面的粗糙程度发生改变，并反复进行Step1～Step10,利用反复的试验手段测定出形成不同粗糙度的节理模具所需的环境磁场电流强度，通过量化控制电磁场的电流强度建立其与磁流体在特定磁场中突刺形状特征之间的量化关系，达到定量模拟节理面粗糙度的目的。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：所述的装置包括透明容器（2），在所述透明容器（2）中设有托盘（1），在所透明容器（2）内装热固性树脂液（5），所述托盘（1）与磁力发生器连接，磁力发生器产生的磁力作用于托盘（1）上的磁流体(3)，至少部分热固性树脂液（5）与所述磁流体(3)相接触。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：所述的磁流体(3)为盐水基磁流体。
3.根据权利要求1所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：所述的磁力发生器为与所述托盘（1）物理连接的筒体、及绕在筒体表面的电磁线圈（4）。
4.根据权利要求1所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：所述装置还包括给所述热固性树脂液（5）加热的加热部件。
5.根据权利要求4所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：所述加热部件为发热电阻丝（9）。
6.根据权利要求1所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：阀门开关（10）与所述透明容器（2）连接。
7.根据权利要求1所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具的装置，其特征在于：导管（11）的一端穿入透明容器（2）中、且靠近托盘（1）。
8.一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法，其特征是在于：它包括以下步骤：
Step1：托盘（1）产生磁力；
Step2：向托盘（1）中添加磁流体(3)，所述磁流体(3)在托盘（1）磁力作用下固定在托盘（1）上；
Step3：向透明容器（2）中添加热固性树脂液（5），使热固性树脂液（5）与磁流体(3)相接触；
Step4：打开加热部件对热固性树脂液（5）进行加热、并停止注入热固性树脂液（5）；
Step5：打开透明容器（2）的阀门开关（10）排出热固性树脂液（5），过程中不停止加热部件加热；
Step6：透明容器（2）中热固性树脂液（5）液面低于托盘（1）下边缘后关闭阀门开关（10）；
Step7：重复Step3- Step6，即反复注入和放出热固性树脂液（5），并始终保持加热部件加热，直至托盘（1）内的磁流体表面均匀覆盖上一层树脂膜；
Step8：排空透明容器（2）中热固性树脂液（5），继续保持加热部件加热，观察树脂膜成胶凝状后，在其表面涂抹树脂硬化液，待硬化；
通过Step1～Step8,完成节理粗糙度模具的制作。
9.根据权利要求8所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法，其特征是在于：它还包括以下步骤：
Step9：完成Step8后，将硬化完毕节理粗糙度模具取出，用磁铁将节理粗糙度模上残留的磁流体液体吸出，将树脂模具清理干净；
Step10：将清理干净的树脂模具置于表面轮廓记录仪上，通过记录仪绘制模具轮廓曲线，通过计算得出节理粗糙度指标。
10.根据权利要求9所述的一种利用磁流体及热固性树脂材料制作模拟贯通节理面粗糙度模具方法，其特征是在于：它还包括以下步骤：
Step11：改变电流强弱控制托盘（1）磁力的大小，使磁流体突刺状起伏面的粗糙程度发生改变，并反复进行Step1～Step10,利用反复的试验手段测定出形成不同粗糙度的节理模具所需的环境磁场电流强度，通过量化控制电磁场的电流强度建立其与磁流体在特定磁场中突刺形状特征之间的量化关系，达到定量模拟节理面粗糙度的目的。
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