CN111398031A - 一种便于自行重组的模块化压力机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种便于自行重组的模块化压力机，包括多孔平台、驱动模块以及采集和控制单元，驱动模块安装在多孔平台上，驱动模块的驱动端用于对实验样品从不同方向施加压力，采集和控制单元通过采集和控制线缆与驱动模块连接。本发明提出的用于快速自行重组的模块压力机，分离了框架和加载模块，允许使用者根据自身研究需求，便捷的改变加载轴的数目和方向，改变加载区域的大小和形状，提供了最大的自由度。使得使用者能够像“搭积木”一样，定制和改装属于自己的压力机。
Description
技术领域
本发明涉及压力机技术领域，特别是涉及一种便于自行重组的模块化压力机。
背景技术
在构造地质研究中，地质学家希望通过实验研究来模拟构造变形过程。构造变形具有时间长、非弹性和变形量大等特点。因此往往需要利用相似关系选择合适的相似材料，从而模拟时间长至几百万年、空间大至几百公里的地质块体的构造变形演化过程，研究其形成机制和过程。这种相似材料往往很软，其强度和模量远小于岩石。例如湿粘土、石蜡和橡皮泥都是典型的相似材料。真实地质块体的几何形状和边界条件往往很复杂，然而限于传统压机只能进行单轴或者双轴加载，研究者只能增加各种假设，从而将问题大大简化。
传统压机往往只有单轴或者双轴两种模式。单轴压机只能进行一个方向的加载，双轴压机只能进行两个相互垂直方向的记载。这就导致研究的模型相对简单(比如一维模型)，只能开展理想模型或者简单模型的研究。而实际问题通常更复杂，真实的研究区域往往不是矩形，实际的加载方向也不限于两个相互垂直的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种便于自行重组的模块化压力机，以解决上述现有技术存在的问题，把框架和推力装置分离开，从而实现了灵活多变、允许用户快速自行组装的质的飞跃。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种便于自行重组的模块化压力机，包括多孔平台、驱动模块以及采集和控制单元，所述驱动模块安装在所述多孔平台上，所述驱动模块的驱动端用于对实验样品从不同方向施加压力，所述采集和控制单元通过采集和控制线缆与所述驱动模块连接。
优选的，所述驱动模块为推力模块或旋转模块。
优选的，还包括转换模块，所述驱动模块的驱动端安装有所述转换模块，所述转换模块用于调节所述驱动模块与实验样品的接触状态。
优选的，所述转换模块为平面转接板，所述平面转接板用于调节所述驱动模块与实验样品间的距离或接触面积。
优选的，所述转换模块为L形转接板或三角形转接板，该转接板用于改变驱动力的方向。
优选的，所述多孔平台上均布有多个螺丝孔，所述驱动模块和转换模块安装在所述多孔平台的任意位置。
优选的，所述多孔平台的底部增设有钢柱和加固钢板。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提出的用于快速自行重组的模块压力机，分离了框架和加载模块，允许使用者根据自身研究需求，便捷的改变加载轴的数目和方向，改变加载区域的大小和形状，提供了最大的自由度。使得使用者能够像“搭积木”一样，定制和改装属于自己的压力机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为多孔平台俯视图；
图2为推力模块立体图；
图3a为旋转模块俯视图，3b为旋转模块侧视图；
图4为平面转接板示意图；
图5a为L形转接板立体图；5b为三角形转接板示意图；
图6为便于自行重组的模块化压力机组装图；
图7为复杂边界条件实验一：用五个推力模块从侧向加载特殊形状(五边形)样品；
图8为复杂边界条件实验二：用两个推力模块和一个旋转模块从底部加载样品；
图9为复杂边界条件实验三：用两个推力模块和一个旋转模块从底部加载样品，旋转台通过L形转接模块与推力模块相连，从而实现平动和旋转两种运动状态叠加的效果；
图10为复杂边界条件实验四：用三个推力模块从底部加载样品，从而实现平动和垂直两个方向的运动加载；
其中，1多孔平台；2驱动模块；21推力模块；22旋转模块；3实验样品；4采集和控制单元；5转换模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种便于自行重组的模块化压力机，以解决上述现有技术存在的问题，把框架和推力装置分离开，从而实现了灵活多变、允许用户快速自行组装的质的飞跃。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-6所示，本实施例提供一种便于自行重组的模块化压力机，将加载装置和框架分离，从而允许用户按照自己的需求快速组装压力机。本发明主要由四部分组成：多孔平台1、驱动模块2、转换模块5、以及采集和控制单元4。其中，1)多孔平台1是整个系统的底座，用于安装各种驱动模块2，为其提供支撑框架和快速安装的基础；2)驱动模块2，为系统提供推动力和转动力；3)转换模块5，用于改变力的方向或提供力学边界条件；4)数据采集和控制系统。
连接关系如图6所示。采集和控制单元4通过采集和控制线缆连接驱动模块2；驱动模块2和转接模块可以通过标准螺丝安装多孔平台1上；驱动模块2和转接模块也可以通过标准螺丝连接。
多孔平台1(图1)是整个系统的底座，为系统提供支撑和作为受力框架；多孔平台1上有很多螺丝孔，便于其他模块安装在平台的任意位置；作为压力机的受力框架，平台需要达到一定的强度，以防实验过程中机器本身的变形量过大，可以采用在平台底部增加钢柱和钢板加固的方法。
驱动模块2为系统提供动力，该模块可以是推力模块21(图2)和旋转模块22(图3)，因为所有刚体运动都可以分解为平动和转动，虽然实验样品3有内部变形，但是压机提供的是远端和宏观的边界加载条件，有推力模块21和旋转模块22足以满足绝大部分实验要求。
转接模块可以是平板、L形板、三角形板，以及其他形状。用于调节驱动模块2与样品间的距离(平面转接板)；调节驱动模块2与样品的接触面积(平面转接板)；改变力的方向(L形转接板、三角形转接板或特殊形状板)，如通过加装L形转接板，可以把推力模块21的侧向推力转换为底部的驱动力(图8)；甚至可以连接两个驱动模块2，例如，可以把L形转接板的侧面安装于推力模块21上，然后把旋转模块22安装在L形转接板的底面，从而组合出复杂的运动状态(图9、图10)。
采集和控制单元4可以是一台或多台电脑，其功能是控制驱动模块2的运动，如改变前进或后退、改变运动速度或改变旋转速度。系统的控制信号通过控制线缆发送到驱动模块2，驱动模块2的位移和压力数据通过采集线缆反馈到电脑。
与传统压力机相比，本发明把框架和推力装置分离开，从而实现了灵活多变、允许用户快速自行组装的质的飞跃。具体而言，传统的压力机的缺点在于往往只能实现一个或者两个相互垂直的方向的加载；也就是通常所说的单轴压机或者双轴压机；而且受此局限，加载的样品的形状也只能是圆柱形或矩形，加载的力也只能是单向力或两个相互垂直方向的力。
然而本发明以多孔平台1为安装底座和受力框架，所以单个或多个驱动模块2可以安装在多孔平台1的任意位置，单个或多个边界模块也可以安装在多孔平台1的任意位置。所以可以方便的实现多轴、多方向加载；而且用户可以根据自己的需求，自行定制和改装压机，快速改变加载区域、范围、力的角度、改变样品的形状(图7)，甚至搭配复杂的力学边界条件(图8、图9、图10)；这将大大提高研究者的自由度，也使得实验的设计能更大程度上采用接近实际问题的边界条件(而不是矩形样品)。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：包括多孔平台、驱动模块以及采集和控制单元，所述驱动模块安装在所述多孔平台上，所述驱动模块的驱动端用于对实验样品从不同方向施加压力，所述采集和控制单元通过采集和控制线缆与所述驱动模块连接。
2.根据权利要求1所述的便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：所述驱动模块为推力模块或旋转模块。
3.根据权利要求1所述的便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：还包括转换模块，所述驱动模块的驱动端安装有所述转换模块，所述转换模块用于调节所述驱动模块与实验样品的接触状态。
4.根据权利要求3所述的便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：所述转换模块为平面转接板，所述平面转接板用于调节所述驱动模块与实验样品间的距离或接触面积。
5.根据权利要求3所述的便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：所述转换模块为L形转接板或三角形转接板，该转接板用于改变驱动力的方向。
6.根据权利要求1所述的便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：所述多孔平台上均布有多个螺丝孔，所述驱动模块和转换模块安装在所述多孔平台的任意位置。
7.根据权利要求1所述的便于自行重组的模块化压力机，其特征在于：所述多孔平台的底部增设有钢柱和加固钢板。
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