CN111833713B - 可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法，该装置包括砂箱箱体，砂箱箱体包括上盖板和下盖板，上盖板和下盖板之间连接能变形的侧板结构，上盖板、下盖板和侧板结构之间构成砂砾的叠加模拟实验腔；砂箱箱体的顶部连通设置砂砾添加结构；可变形转动式砂箱物理模拟装置还包括控制部；侧板结构由多个分侧板部连接构成，各分侧板部能沿水平方向移动模拟砂砾挤压和伸展工况，各分侧板部还能绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各分侧板部上均连接设置三维度控制砂箱物理模拟动力装置。该装置及其模拟方法，基于实际油气勘探作业的需要，通过改变侧板形状实现对砂砾的进行伸展、挤压和走滑等多种复杂工况的叠加模拟实验，普适性强。

Description

可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法。

背景技术

在常规地震勘探中，地质构造是地壳中的岩石体因受到上部沉积、板块运动或地幔柱影响导致岩石体应力场改变发生变形，形成褶皱或断裂，断裂构造的演化对沉积具有控制作用，对先存地质体也具有改造作用，因此断裂对油气成藏的源岩和储层有重要控制作用。此外，断裂在不同时期活动，作用也具有差异性，在油气成藏时活动的断裂可作为油源断裂或气源断裂，对油气成藏是十分必要的，油气藏形成之后的部分不活动断裂也可作为遮挡断裂，是圈闭形成的因素之一，而在油气藏形成之后的活动断裂对油气藏多起到了破坏作用，对油气成藏是十分不利的，叠合盆地中断裂的形态特征和变形机制更为复杂，对油气成藏的控制也更为复杂。因此叠合盆地构造演化的研究能够有效的指导油气藏勘探。

研究中需要进行砂箱物理模拟实验，砂箱物理模拟实验与实际地层必须具有时间、材料和几何相似性，现有技术方案仅根据实际工况设计砂箱物理模拟实验装置，砂箱物理模拟装置对于其他工区的工况模拟不具有普适性，导致砂箱物理模拟装置可再利用价值低，造成了大量浪费。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法，克服现有技术中砂箱物理模拟装置工况模拟不具普适性的问题，该可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法，基于实际油气勘探作业的需要，通过改变侧板形状实现对砂砾的进行伸展、挤压和走滑等多种复杂工况的叠加模拟实验，普适性强。

本发明的目的是这样实现的，一种可变形转动式砂箱物理模拟装置，包括砂箱箱体，所述砂箱箱体包括上下间隔且能固定连接的上盖板和下盖板，所述上盖板和所述下盖板之间密封连接能变形的侧板结构，所述上盖板、所述下盖板和所述侧板结构之间构成砂砾的叠加模拟实验腔；所述砂箱箱体的顶部连通设置砂砾添加结构；所述可变形转动式砂箱物理模拟装置还包括能控制所述侧板结构变形的控制部；所述侧板结构由多个分侧板部沿周向密封连接构成，各所述分侧板部能沿水平方向移动模拟砂砾挤压和伸展工况，各所述分侧板部还能绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各所述分侧板部上均连接设置三维度控制砂箱物理模拟动力装置，所述三维度控制砂箱物理模拟动力装与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，各所述三维度控制砂箱物理模拟动力装置包括伸缩结构、推送结构和转动结构，所述推送结构用于推拉所述分侧板部内外移动模拟砂砾挤压和伸展工况，所述伸缩结构用于模拟砂砾伸展和挤压工况时驱动所述分侧板部沿侧向伸缩改变侧向长度，所述转动结构用于驱动所述分侧板部绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况。

在本发明的一较佳实施方式中，所述推送结构包括推进气缸，所述推送气缸包括气缸缸体和气缸缸杆，所述气缸缸杆的自由端与所述分侧板部固定连接，所述气缸缸杆能推拉所述分侧板部沿水平且垂直于所述分侧板部的方向移动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分侧板部靠近所述推送结构的一侧设置侧板连接结构，所述气缸缸杆的自由端固定连接气缸推送板，所述气缸推送板通过所述侧板连接结构与所述分侧板部固定连接；所述气缸推送板上设置与所述气缸缸杆平行设置的导向滑杆，所述导向滑杆能滑动地穿设通过导向座；所述气缸缸体支撑设置于第一连接座板上，所述导向座和所述第一连接座板均支撑连接于支撑底板上，所述支撑底板固定连接于所述支撑结构上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分侧板部靠近所述推送结构的一侧设置侧板连接结构，所述转动结构包括旋转驱动电机，所述旋转驱动电机固定设置于所述侧板连接结构上，所述旋转驱动电机的输出轴上设置输出主动齿轮，所述分侧板部的一侧固定设置竖直的从动齿轮固定轴，所述从动齿轮固定轴上设置与所述输出主动齿轮啮合的从动齿轮，所述旋转驱动电机通过所述输出主动齿轮和所述从动齿轮驱动所述分侧板部绕所述从动齿轮固定轴的轴向转动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述侧板连接结构上位于所述从动齿轮固定轴的两侧分别竖直设置转动限位轴，所述分侧板部上设置能转动套设于所述转动限位轴上的转动限位板，所述转动限位板上设置套设于所述转动限位轴上的长圆孔，所述长圆孔的宽度尺寸大于所述转动限位轴的直径尺寸。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分侧板部包括主行程板，所述主行程板的侧向两端分别连接扩展行程板，各所述扩展行程板能在所述伸缩结构作用下沿所述主行程板的侧向伸缩；所述伸缩结构包括分别固定设置于所述主行程板的侧向两端的扩展行程板移动电机，所述扩展行程板移动电机的输出轴为丝杠轴，各所述扩展行程板上分别固定设置螺母，各所述丝杠轴分别穿设通过对应的所述螺母，所述丝杠轴和对应的所述螺母构成将所述丝杠轴的转动转化为所述螺母的移动的丝杠螺母结构，各所述扩展行程板分别在对应的所述螺母的带动下沿所述主行程板伸缩移动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述推送结构和所述转动结构由支撑结构能升降且能旋转地支撑，所述支撑结构包括转台和机械手支撑臂，所述转台转动支撑于转台固定座上，所述机械手支撑臂铰接于所述转台上，所述机械手支撑臂的顶端铰接设置机械手支撑台，所述机械手支撑台的底部和所述机械手支撑臂的底部之间设置机械手推杆；所述转台固定座上设置能驱动所述转台转动的转台电机；所述转台的侧壁上设置能驱动所述机械手推杆往复转动的推杆电机；所述机械手支撑臂的侧壁上设置能驱动所述机械手支撑台转动的支撑台电机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述砂砾添加结构包括砂砾进口漏斗，所述砂砾进口漏斗的底部连通设置进口接管，所述进口接管的底端与所述砂箱箱体连通设置。

本发明的目的还可以这样实现，使用前述的可变形转动式砂箱物理模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

步骤a、完成可变形转动式砂箱物理模拟装置的组装；自砂砾添加结构将砂砾加入砂箱箱体；

步骤b、进行砂砾伸展工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置拉动分侧板部外移，同时控制部控制分侧板部侧向伸长，满足侧板结构的密封需要；

步骤c、进行砂砾挤压工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置推动分侧板部内移，同时控制部控制分侧板部侧向缩短，满足侧板结构的密封需要；

步骤d、需要进行砂砾走滑工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置驱动分侧板部转动，同时控制部控制分侧板部改变侧向长度，满足侧板结构的密封需要；

步骤e、需要进行多种复杂工况的叠加模拟实验时，将上述步骤b、步骤c或步骤d操作进行叠加即可。

由上所述，本发明提供的可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法具有如下有益效果：

本发明提供的可变形转动式砂箱物理模拟装置，基于实际油气勘探作业的需要设计，砂箱箱体的侧板结构能多维度运动实现多个方向变形，通过改变侧板结构的形状实现对砂砾伸展、挤压和走滑等多种复杂工况的叠加模拟实验，普适性强；推送结构推拉分侧板部内外移动模拟砂砾挤压和伸展工况，伸缩结构用于模拟砂砾伸展和挤压工况时驱动分侧板部沿侧向伸缩改变侧向长度保证侧板结构的密封，转动结构驱动分侧板部绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各结构操作叠加实现多种复杂工况的叠加模拟实验；支撑结构为转台及连杆结构共同构成的旋转支撑结构，满足其支撑的推送结构的多向位置变换需求，使得侧板结构的形变更加灵活多样，满足模拟工况的实验要求；本发明提供的模拟方法操作简单，普适性强，利于推广应用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的可变形转动式砂箱物理模拟装置的示意图。

图2：为本发明的可变形转动式砂箱物理模拟装置的俯视图。

图3：为本发明的三维度控制砂箱物理模拟动力装置与分侧板部的连接示意图。

图4：为本发明的伸缩结构与分侧板部的连接示意图。

图5：为本发明的支撑结构的示意图。

图中：

100、可变形转动式砂箱物理模拟装置；

1、砂箱箱体；

11、上盖板；

12、下盖板；

13、侧板结构；131、分侧板部；1311、主行程板；1312、扩展行程板；

14、侧板连接结构；141、连接底板；142、连接立板；

151、从动齿轮固定轴；152、从动齿轮；153、转动限位轴；154、转动限位板；

16、固定轴；

2、砂砾添加结构；

21、砂砾进口漏斗；22、进口接管；23、进口控制阀；

3、三维度控制砂箱物理模拟动力装置；

31、伸缩结构；311、扩展行程板移动电机；312、丝杠轴；313、螺母；314、螺母固定座；

32、推送结构；321、气缸缸体；322、气缸缸杆；323、气缸推送板；324、导向滑杆；325、导向座；3251、倒U形支架；3252、座块；326、第一连接座板；327、支撑底板；

33、转动结构；331、输出主动齿轮；

4、支撑结构；

41、转台；42、机械手支撑臂；43、转台固定座；44、机械手支撑台；45、机械手推杆；46、转台电机；47、推杆电机；48、支撑台电机；

5、电脑；

6、工作台面。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图5所示，本发明提供一种可变形转动式砂箱物理模拟装置100，包括砂箱箱体1，砂箱箱体1包括上下间隔且能固定连接的上盖板11和下盖板12，在本实施方式中，上盖板11和下盖板12通过固定轴16连接固定，进行模拟实验时，砂箱箱体1的高度(即上盖板11和下盖板12的上下间隔距离)固定，该高度由实验需求确定。上盖板11和下盖板12之间密封连接能变形的侧板结构13，上盖板11、下盖板12和侧板结构13之间构成砂砾的叠加模拟实验腔；砂箱箱体1的顶端连通设置砂砾添加结构2；可变形转动式砂箱物理模拟装置100还包括能控制侧板结构13变形的控制部。侧板结构由多个分侧板部131沿周向密封连接构成，各分侧板部131能沿水平方向移动模拟砂砾挤压和伸展工况(分侧板部131内外移动过程中，相邻分侧板部131实时调整长度，满足密封连接要求)，各分侧板部131还能绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各分侧板部131上均连接设置三维度控制砂箱物理模拟动力装置3，三维度控制砂箱物理模拟动力装置3与控制部电连接。在本发明的一具体实施例中，可变形转动式砂箱物理模拟装置100放置在工作台面6上，控制部由电脑5构成，电脑5也放置在工作台面6上。

本发明提供的可变形转动式砂箱物理模拟装置，基于实际油气勘探作业的需要设计，砂箱箱体的侧板结构能多维度运动实现多个方向变形，通过改变侧板结构的形状实现对砂砾伸展、挤压和走滑等多种复杂工况的叠加模拟实验，普适性强。

进一步，如图1、图3所示，各三维度控制砂箱物理模拟动力装置3包括伸缩结构31、推送结构32和转动结构33，推送结构32用于推拉分侧板部131内外移动模拟砂砾挤压和伸展工况，伸缩结构31用于模拟砂砾伸展和挤压工况时驱动分侧板部131沿侧向伸缩改变侧向长度，转动结构33用于驱动分侧板部131绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况。

进一步，如图3所示，推送结构32包括推进气缸，推送气缸与控制部电连接，以实现控制部对推送结构32的智能控制；推送气缸包括气缸缸体321和气缸缸杆322，气缸缸杆322的自由端与分侧板部131固定连接，气缸缸杆322能推拉分侧板部131沿水平且垂直于分侧板部131的方向移动。气缸缸杆322推动分侧板部131向砂箱箱体内侧方向移动时，模拟砂砾挤压工况；气缸缸杆322拉动分侧板部131向砂箱箱体外侧方向移动时，模拟砂砾伸展工况。

在本实施方式中，如图3所示，分侧板部131靠近推送结构32的一侧设置侧板连接结构14，气缸缸杆322的自由端固定连接气缸推送板323，气缸推送板323通过侧板连接结构14与分侧板部131固定连接；气缸推送板323上设置与气缸缸杆322平行设置的导向滑杆324，导向滑杆324能滑动地穿设通过导向座325；气缸缸体321支撑设置于第一连接座板326上，导向座325和第一连接座板326均支撑连接于支撑底板327上，支撑底板327固定连接于支撑结构4上。导向滑杆324和导向座325的滑动配合能有效地保证气缸缸杆322推拉分侧板部131移动时的运动平稳性。

如图3所示，在本发明的一具体实施例中，导向滑杆324数量为两个，平行分设于气缸缸杆322的两侧；导向座325的数量为两个，各导向座325包括倒U形支架3251，倒U形支架3251的顶板上设置两个座块3252，座块3252上设置座块透孔，两个导向滑杆324分别滑动穿设通过两组座块3252。座块3252通过螺栓固定于倒U形支架3251的顶板上，倒U形支架3251的底部通过螺栓固定连接于支撑底板327上。第一连接座板326呈L型设置，第一连接座板326的底部通过螺栓固定连接于支撑底板327上。

进一步，如图3所示，转动结构33包括旋转驱动电机，旋转驱动电机固定设置于侧板连接结构14上，旋转驱动电机与控制部电连接，以实现控制部对转动结构33的智能控制；旋转驱动电机的输出轴上设置输出主动齿轮331，分侧板部131的一侧固定设置竖直的从动齿轮固定轴151，从动齿轮固定轴151上设置与输出主动齿轮331啮合的从动齿轮152，旋转驱动电机通过输出主动齿轮331和从动齿轮152驱动分侧板部131绕从动齿轮固定轴151的轴向转动，满足模拟砂砾走滑时分侧板部131的转动要求，转动角度根据实验需求确定。

在本实施方式中，如图3所示，侧板连接结构14上位于从动齿轮固定轴151的两侧分别竖直设置转动限位轴153，分侧板部131上设置能转动套设于转动限位轴153上的转动限位板154，转动限位板154上设置套设于转动限位轴153上的长圆孔，长圆孔的宽度尺寸大于转动限位轴的直径尺寸。分侧板部131的转动角度根据实际使用情况确定，为利于分侧板部131的转动限位，输出主动齿轮331的上下两侧设置限位块，限位块的形状根据转动角度确定。转动限位板154呈上下间隔成对设置，长圆孔的宽度尺寸大于转动限位轴的直径尺寸，以便满足转动限位板154相对转动限位轴153的转动空间要求。长圆孔的宽度尺寸、长度尺寸均根据分侧板部131的转动角度确定。

在本发明的一具体实施例中，如图3所示，侧板连接结构14包括自分侧板部131向外水平延伸设置的连接底板141，连接底板141远离分侧板部131的一侧向上延伸设置连接立板142，旋转驱动电机及输出主动齿轮331均撑设于连接底板141上，气缸推送板323连接于连接立板142上。

进一步，如图3、图4所示，分侧板部131包括主行程板1311，主行程板1311的侧向两端分别连接扩展行程板1312，各扩展行程板1312能在伸缩结构31作用下沿主行程板1311的侧向(即主行程板的水平长度方向)伸缩。模拟砂砾伸展时，推送结构32拉动主行程板1311外移，分侧板部131的侧向长度需要增大，扩展行程板1312沿侧向伸出满足密封连接需要；模拟砂砾挤压时，推送结构32推动主行程板1311内移，分侧板部131的侧向长度需要减小，扩展行程板1312沿侧向缩回满足密封连接需要。在本发明的一具体实施例中，主行程板1311上设置水平设置的导向长槽孔，扩展行程板1312上设置沿导向长槽孔滑动的导向螺杆，导向长槽孔呈上下间隔地平行成对设置，保证扩展行程板1312伸缩平稳。

在本实施方式中，如图3、图4所示，伸缩结构31包括分别固定设置于主行程板1311的侧向两端的扩展行程板移动电机311，扩展行程板移动电机311与控制部电连接，以实现控制部对伸缩结构31的智能控制；扩展行程板移动电机311的输出轴为丝杠轴312，各扩展行程板1312上分别固定设置螺母313，各丝杠轴312分别穿设通过对应的螺母313，丝杠轴312和对应的螺母313构成将丝杠轴312的转动转化为螺母313的移动的丝杠螺母结构，各扩展行程板1312分别在对应的螺母313的带动下沿主行程板1311的侧向伸缩移动。在本发明的一具体实施例中，各扩展行程板1312上分别设置螺母固定座314，螺母313固定连接于螺母固定座314上。

进一步，如图1、图5所示，推送结构32和转动结构33由支撑结构4能升降且能旋转地支撑，支撑结构4包括转台41和机械手支撑臂42，转台41转动支撑于转台固定座43上，机械手支撑臂42铰接于转台41上，机械手支撑臂42的顶端铰接设置机械手支撑台44，机械手支撑台44的底部和机械手支撑臂42的底部之间设置机械手推杆45，机械手支撑台44上支撑设置推送结构32的支撑底板327；转台固定座43上设置能驱动转台41转动的转台电机46；转台41的侧壁上设置能驱动机械手推杆45往复转动的推杆电机47；机械手支撑臂42的侧壁上设置能驱动机械手支撑台44转动的支撑台电机48。转台电机46、推杆电机47和支撑台电机48均与控制部电连接，实现控制部的智能控制。支撑结构4为转台及连杆结构共同构成的旋转支撑结构(典型的转台臂架连杆结构，现有技术，多见于机械手、起重机、泵车等结构)，满足其支撑的推送结构32的多向位置变换需求，使得侧板结构13的形变更加灵活多样，满足模拟工况的实验要求。

进一步，如图1、图2所示，砂砾添加结构2包括砂砾进口漏斗21，砂砾进口漏斗21的底部连通设置进口接管22，进口接管22的底端与砂箱箱体1连通设置，进口接管22上设置进口控制阀23，进口控制阀23与控制部电连接。砂砾添加结构2构成可控的砂砾添加通道，将砂砾按需求添加到砂箱箱体1中。

使用本发明的可变形转动式砂箱物理模拟装置100的模拟方法，包括以下步骤：

步骤a、完成可变形转动式砂箱物理模拟装置100的组装；自砂砾添加结构2将砂砾加入砂箱箱体1；

组装时，根据实验需求在工作台面6上组装砂箱箱体1，将三维度控制砂箱物理模拟动力装置3、支撑结构4对应连接，将电脑5分别与推送气缸和各电机电连接(无线信号连接)，如图1、图2所示。

步骤b、进行砂砾伸展工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置3拉动分侧板部131外移，同时控制部控制分侧板部131侧向伸长，满足侧板结构13的密封需要；

具体的，进行砂砾伸展工况模拟时，电脑5控制气缸缸杆322回缩，拉动分侧板部131外移，同时开启扩展行程板移动电机311，在丝杠螺母结构作用下扩展行程板1312沿侧向伸出，保持侧板结构13的密封需要。

步骤c、进行砂砾挤压工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置3推动分侧板部131内移，同时控制部控制分侧板部131侧向缩短，满足侧板结构13的密封需要；

具体的，需要进行砂砾挤压工况模拟时，电脑5控制气缸缸杆322伸出，推动分侧板部131内移，同时开启扩展行程板移动电机311，在丝杠螺母结构作用下扩展行程板1312沿侧向回缩，保持侧板结构13的密封需要。

步骤d、需要进行砂砾走滑工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置3驱动分侧板部131转动，同时控制部控制分侧板部131改变侧向长度，满足侧板结构13的密封需要；

具体的，需要进行砂砾走滑工况模拟时，电脑5控制启动旋转驱动电机，旋转驱动电机通过输出主动齿轮331和从动齿轮152驱动分侧板部131绕从动齿轮固定轴151的轴向转动，为满足侧板结构13的密封需要，相应调整分侧板部131的周向长度(扩展行程板1312沿侧向伸出或回缩)。

步骤e、需要进行多种复杂工况的叠加模拟实验时，将上述步骤b、步骤c或步骤d操作进行叠加即可。

由上所述，本发明提供的可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法具有如下有益效果：

本发明提供的可变形转动式砂箱物理模拟装置，基于实际油气勘探作业的需要设计，砂箱箱体的侧板结构能多维度运动实现多个方向变形，通过改变侧板结构的形状实现对砂砾伸展、挤压和走滑等多种复杂工况的叠加模拟实验，普适性强；推送结构推拉分侧板部内外移动模拟砂砾挤压和伸展工况，伸缩结构用于模拟砂砾伸展和挤压工况时驱动分侧板部沿侧向伸缩改变侧向长度保证侧板结构的密封，转动结构驱动分侧板部绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各结构操作叠加实现多种复杂工况的叠加模拟实验；支撑结构为转台及连杆结构共同构成的旋转支撑结构，满足其支撑的推送结构的多向位置变换需求，使得侧板结构的形变更加灵活多样，满足模拟工况的实验要求；本发明提供的模拟方法操作简单，普适性强，利于推广应用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，包括砂箱箱体，所述砂箱箱体包括上下间隔且能固定连接的上盖板和下盖板，所述上盖板和所述下盖板之间密封连接能变形的侧板结构，所述上盖板、所述下盖板和所述侧板结构之间构成砂砾的叠加模拟实验腔；所述砂箱箱体的顶部连通设置砂砾添加结构；所述可变形转动式砂箱物理模拟装置还包括能控制所述侧板结构变形的控制部；所述侧板结构由多个分侧板部沿周向密封连接构成，各所述分侧板部能沿水平方向移动模拟砂砾挤压和伸展工况，各所述分侧板部还能绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各所述分侧板部上均连接设置三维度控制砂箱物理模拟动力装置，所述三维度控制砂箱物理模拟动力装置与所述控制部电连接；

各所述三维度控制砂箱物理模拟动力装置包括伸缩结构、推送结构和转动结构，所述推送结构用于推拉所述分侧板部内外移动模拟砂砾挤压和伸展工况，所述伸缩结构用于模拟砂砾伸展和挤压工况时驱动所述分侧板部沿侧向伸缩改变侧向长度，所述转动结构用于驱动所述分侧板部绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况；所述分侧板部内外移动过程中，相邻分侧板部实时调整长度；

所述分侧板部包括主行程板，所述主行程板的侧向两端分别连接扩展行程板，各所述扩展行程板能在所述伸缩结构作用下沿所述主行程板的侧向伸缩。

2.如权利要求1所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述推送结构包括推送气缸，所述推送气缸包括气缸缸体和气缸缸杆，所述气缸缸杆的自由端与所述分侧板部固定连接，所述气缸缸杆能推拉所述分侧板部沿水平且垂直于所述分侧板部的方向移动。

3.如权利要求2所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述分侧板部靠近所述推送结构的一侧设置侧板连接结构，所述气缸缸杆的自由端固定连接气缸推送板，所述气缸推送板通过所述侧板连接结构与所述分侧板部固定连接；所述气缸推送板上设置与所述气缸缸杆平行设置的导向滑杆，所述导向滑杆能滑动地穿设通过导向座；所述气缸缸体支撑设置于第一连接座板上，所述导向座和所述第一连接座板均支撑连接于支撑底板上，所述支撑底板固定连接于支撑结构上。

4.如权利要求1所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述分侧板部靠近所述推送结构的一侧设置侧板连接结构，所述转动结构包括旋转驱动电机，所述旋转驱动电机固定设置于所述侧板连接结构上，所述旋转驱动电机的输出轴上设置输出主动齿轮，所述分侧板部的一侧固定设置竖直的从动齿轮固定轴，所述从动齿轮固定轴上设置与所述输出主动齿轮啮合的从动齿轮，所述旋转驱动电机通过所述输出主动齿轮和所述从动齿轮驱动所述分侧板部绕所述从动齿轮固定轴的轴向转动。

5.如权利要求4所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述侧板连接结构上位于所述从动齿轮固定轴的两侧分别竖直设置转动限位轴，所述分侧板部上设置能转动套设于所述转动限位轴上的转动限位板，所述转动限位板上设置套设于所述转动限位轴上的长圆孔，所述长圆孔的宽度尺寸大于所述转动限位轴的直径尺寸。

6.如权利要求1所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述伸缩结构包括分别固定设置于所述主行程板的侧向两端的扩展行程板移动电机，所述扩展行程板移动电机的输出轴为丝杠轴，各所述扩展行程板上分别固定设置螺母，各所述丝杠轴分别穿设通过对应的所述螺母，所述丝杠轴和对应的所述螺母构成将所述丝杠轴的转动转化为所述螺母的移动的丝杠螺母结构，各所述扩展行程板分别在对应的所述螺母的带动下沿所述主行程板伸缩移动。

7.如权利要求1所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述推送结构和所述转动结构由支撑结构能升降且能旋转地支撑，所述支撑结构包括转台和机械手支撑臂，所述转台转动支撑于转台固定座上，所述机械手支撑臂铰接于所述转台上，所述机械手支撑臂的顶端铰接设置机械手支撑台，所述机械手支撑台的底部和所述机械手支撑臂的底部之间设置机械手推杆；所述转台固定座上设置能驱动所述转台转动的转台电机；所述转台的侧壁上设置能驱动所述机械手推杆往复转动的推杆电机；所述机械手支撑臂的侧壁上设置能驱动所述机械手支撑台转动的支撑台电机。

8.如权利要求1所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，所述砂砾添加结构包括砂砾进口漏斗，所述砂砾进口漏斗的底部连通设置进口接管，所述进口接管的底端与所述砂箱箱体连通设置。

9.使用如权利要求1至8任一项所述的可变形转动式砂箱物理模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤a、完成可变形转动式砂箱物理模拟装置的组装；自砂砾添加结构将砂砾加入砂箱箱体；

步骤b、进行砂砾伸展工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置拉动分侧板部外移，同时控制部控制分侧板部侧向伸长，满足侧板结构的密封需要；

步骤c、进行砂砾挤压工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置推动分侧板部内移，同时控制部控制分侧板部侧向缩短，满足侧板结构的密封需要；

步骤d、需要进行砂砾走滑工况模拟时，控制部控制三维度控制砂箱物理模拟动力装置驱动分侧板部转动，同时控制部控制分侧板部改变侧向长度，满足侧板结构的密封需要；

步骤e、需要进行多种复杂工况的叠加模拟实验时，将上述步骤b、步骤c或步骤d操作进行叠加即可。

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