CN112414859A - 室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统及多轴加载机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光弹性实验装置技术领域，公开了一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统及多轴加载机构；所述多轴加载机构包括：持力框架、加载组件、液压油源以及电控系统；所述加载组件的数量为多个，所述多个加载组件分散布置在所述持力框架上；所述加载组件包括：压力加载轴、压力加载头以及夹持件；所述压力加载轴固定在所述持力框架上，且所述压力加载轴与所述液压油源相连，所述电控系统与所述液压油源相连；所述压力加载头固定在所述压力加载轴的动作端上，所述夹持件固定在所述压力加载头上；所述夹持件开设有适配试样的型面。本发明提供的多轴加载机构能够实现可靠的多轴异步加载，提升试验全面性。

Description

室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统及多轴加载机构
技术领域
本发明涉及光弹性实验装置技术领域，特别涉及一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统及多轴加载机构。
背景技术
光弹仪主要利用光弹性材料的应力双折射原理，通过起偏镜和检偏镜形成平面偏振光场和圆偏振光场，使试件在不同应力状态下呈现不同的等差线和等倾线图案，再借助软件分析试件不同部位的应力状态，但现有光弹仪加载方式主要以单轴压缩为主，局限性太大，无法满足岩土工程等专业多向加载的实验需要。岩土工程专业要求对加载方式更复杂且多样化，特别是隧道围岩压力模拟，隧洞形式有马蹄形、拱形等，各种洞型的不同部分比例尺寸也不尽相同，偏压情况更是需要多种荷载组合加载的模式进行模拟，但现有加载装置的加载截面要求相对较多，加载方式较为单一，观测方式不直观，而且对于衬砌应力反映不甚理想。
发明内容
本发明提供一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统及多轴加载机构，解决现有技术中光弹性实验中加载方式单一，局限性太大，无法满足岩土工程多向加载的实验需要的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多轴加载机构，包括：持力框架、加载组件、液压油源以及电控系统；
所述加载组件的数量为多个，所述多个加载组件分散布置在所述持力框架上；
所述加载组件包括：压力加载轴、压力加载头以及夹持件；
所述压力加载轴固定在所述持力框架上，且所述压力加载轴与所述液压油源相连，所述电控系统与所述液压油源相连；
所述压力加载头固定在所述压力加载轴的动作端上，所述夹持件固定在所述压力加载头上；
所述夹持件开设有适配试样的型面。
进一步地，所述压力加载头通过开设在端面上的内螺纹孔槽与所述压力加载轴的动作端螺接。
进一步地，所述夹持件包括：夹持片、夹持底座以及紧固件；
所述夹持片固定在所述夹持底座上，所述夹持片开设有适配试样的型面；
所述夹持底座固定在所述压力加载头上，并通过所述紧固件锁紧。
进一步地，所述夹持底座的端面上固定有弹性支撑件，所述弹性支撑件抵靠在所述压力加载头上；
所述紧固件为调节螺栓和锁定螺母组；
所述夹持底座和所述压力加载头上分别开设有第一调整通孔和第二调整通孔，所述调节螺栓嵌于所述第一调整通孔和所述第二调整通孔，并分别于所述第一调整通孔和所述第二调整通孔两侧锁定所述夹持底座和所述压力加载头。
进一步地，所述弹性支撑件包括：开设在所述夹持底座端面上的嵌槽以及置于所述嵌槽内的弹性簧片，所述弹性簧片抵靠在所述压力加载头上。
进一步地，所述夹持片上设置有应变片式压力传感器，所述应变片式压力传感器与所述电控系统相连。
进一步地，所述加载组件还包括：定位激光器；
所述定位激光器固定在所述持力框架上，所述压力加载轴、所述压力加载头以及所述夹持件分别开设有定位孔。
进一步地，所述多轴加载机构还包括：支撑底座以及升降螺栓；
所述持力框架固定在所述支撑底座上，所述升降螺栓固定在所述支撑底座底部。
进一步地，所述所述持力框架上设置有水准仪。
一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统，包括：激光光源、起偏镜、第一1/4波片、第二1/4波片、检偏镜、摄像机以及权利要求1～9所述的多轴加载机构；
所述激光光源、所述起偏镜、所述第一1/4波片、所述多轴加载机构、所述第二1/4波片、所述检偏镜以及所述摄像机依次有序布置，且中心对齐。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的多轴加载机构，通过在持力框架固定多个加载组件并在液压油源以及电控系统的配合下实现自动控制的多轴异步加载，实现更为全面可靠的实验加载操作。并在所述压力加载轴的动作端上通过压力加载头固定具备适配试样的型面的夹持件，从而能够极大地满足对各种工程试样的适配，完成可靠，且全面的实验。
附图说明
图1为本发明实施例提供的室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统的布置示意图；
图2为本发明实施例提供的多轴加载机构的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的压力加载头的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的夹持件的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统及多轴加载机构，解决现有技术中光弹性实验中加载方式单一，局限性太大，无法满足岩土工程多向加载的实验需要的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图2，一种多轴加载机构，包括：持力框架7、加载组件、液压油源17以及电控系统16；形成自动化的实验装置。
其中，所述加载组件的数量为多个，所述多个加载组件分散布置在所述持力框架7上；本实施例中采用矩形的持力框架7，所述加载组件的数量也为对应各边棱的四个。当然，此处并不限制具体的数量以及所述持力框架7的具体形态。
所述加载组件包括：压力加载轴8、压力加载头9以及夹持件10；所述压力加载轴8固定在所述持力框架7上，且所述压力加载轴8与所述液压油源17相连，所述电控系统16与所述液压油源17相连；所述压力加载头9固定在所述压力加载轴8的动作端上，所述夹持件10固定在所述压力加载头9上；实现力矩加载。
值得说明的是，所述夹持件10开设有适配试样的型面，可适配各种试样的外型面，从而能够充分还原各种实际的岩土工程场景的实际情况，提升实验的全面性和可靠性。
一般来说，可设置成一系列典型的型面夹持件10，作为备件，根据实际情况，灵活选取。
参见图3，所述压力加载头9通过开设在端面上的内螺纹孔槽20与所述压力加载轴8的动作端螺接，视线固定并调整与所述压力加载轴8的间距。为了强化固定结构，所述压力加载头9与所述压力加载轴8之间还连接有铰链19。
参见图4，所述夹持件10包括：夹持片22、夹持底座21以及紧固件；所述夹持片22固定在所述夹持底座21上，所述夹持片22开设有适配试样的型面；从而能够实现各类试样，而不必加工成标准试样，从而大幅提升实验可靠性。一般来说，可将所述夹持片22设置成一系列各种型面的夹持片22，从而灵活选用。
所述加持片22能够最大限度的降低加载应力集中，避免影响光弹试样。
所述夹持底座21固定在所述压力加载头9上，并通过所述紧固件锁紧。
参见图3和图4，所述夹持底座21的端面上固定有弹性支撑件，所述弹性支撑件抵靠在所述压力加载头9上；所述紧固件为调节螺栓和锁定螺母组；所述夹持底座21和所述压力加载头9上分别开设有调整通孔25，即第一调整通孔和第二调整通孔，所述调节螺栓嵌于所述第一调整通孔和所述第二调整通孔，并分别于所述第一调整通孔和所述第二调整通孔两侧锁定所述夹持底座21和所述压力加载头9；从而作为承力结构。而弹性支撑件主要用于提供弹性张紧力，从而便于所述调节螺栓和锁定螺母动作，更更要的是，能够便于所述夹持底座21条平时保持稳定，实现精细化调平。
在此基础上，本实施例在所述压力加载头9上布置调平板18，将所述所述夹持底座21设置成板形件，从而能够充分实现精细调平。
本实施例中，所述弹性支撑件包括：开设在所述夹持底座端面上的嵌槽23以及置于所述嵌槽内的弹性簧片24，所述弹性簧片24抵靠在所述压力加载头9上。当然还可以是其它的弹性件，此处不做限制。
进一步地，所述夹持片22上设置有应变片式压力传感器，所述应变片式压力传感器与所述电控系统16相连；实现实时监测。
为了提升轴向加载的可靠性，所述加载组件还包括：定位激光器13；所述定位激光器13固定在所述持力框架7上，所述压力加载轴8、所述压力加载头9以及所述夹持件10分别开设有定位孔15，从而通过投射定位激光的方式，保证三部件同轴；保持在设计位置，从而保证力矩加载的质量。
本实施例中，在所述压力加载轴8、所述压力加载头9以及所述夹持件10上分别设置延伸的定位板，所述定位孔15设置在所述定位板上，从而避免遮挡，保证定位的可靠性。
进一步地，所述多轴加载机构还包括：支撑底座11以及升降螺栓12；所述持力框架7固定在所述支撑底座11上，所述升降螺栓12固定在所述支撑底座11底部，实现高度调整。
为了保证实验的质量，所述所述持力框架7上设置有水准仪14。
参见图1，本实施例还基于上述多轴加载机构提供一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统，包括：激光光源1、起偏镜2、两组1/4波片3、检偏镜5、摄像机6以及所述的多轴加载机构4；所述激光光源1、所述起偏镜2、所述第一1/4波片31、所述多轴加载机构4、所述第二1/4波片32、所述检偏镜5以及所述摄像机6依次有序布置，且中心对齐。
本发明通过提供一种可变截面多轴异步加载室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统，以解决现有光弹实验技术无法实现多轴异步加载且应力不均的技术问题，具体过程如下：
选择夹持片：根据试样轮廓选择适宜的夹持片；
安装设备：将激光光源1、起偏镜2、第一1/4波片31、多轴加载机构4、第二1/4波片32、检偏镜5、摄像机6依次固定在导轨上，中心对齐；
调节支撑底座11上的升降螺栓12，使水准器仪14保持水平，将试件表面贴好应变片，连接至电控系统16，试件夹持在夹持片22中间；
打开持力框架7上的定位激光器13，确保压力加载轴8、压力加载头9以及夹持件10上的定位孔15正好允许激光通过；
将起偏镜2、第一1/4波片31、第二1/4波片32、多轴加载机构4、检偏镜5均连接至电控系统16上，用于调整镜片角度及调节荷载；
预加载：在试件四个方向表面上预加载1kPa的轴力，使夹持片22与试样表面有良好接触；
施加多轴异步荷载，通过试件表面应变反应应力，进而调节不同方向的油压；
在加载过程中可根据实际试验需要，调节各轴油压，以模拟隧道片岩以及岩爆等不均匀受力情况；
稳压后，通过调节起偏镜2，检偏镜5和两组1/4波片角度3，获得需要的图像，进行拍摄。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的多轴加载机构，通过在持力框架固定多个加载组件并在液压油源以及电控系统的配合下实现自动控制的多轴异步加载，实现更为全面可靠的实验加载操作。并在所述压力加载轴的动作端上通过压力加载头固定具备适配试样的型面的夹持件，从而能够极大地满足对各种工程试样的适配，完成可靠，且全面的实验。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多轴加载机构，其特征在于，包括：持力框架、加载组件、液压油源以及电控系统；
所述加载组件的数量为多个，所述多个加载组件分散布置在所述持力框架上；
所述加载组件包括：压力加载轴、压力加载头以及夹持件；
所述压力加载轴固定在所述持力框架上，且所述压力加载轴与所述液压油源相连，所述电控系统与所述液压油源相连；
所述压力加载头固定在所述压力加载轴的动作端上，所述夹持件固定在所述压力加载头上；
所述夹持件开设有适配试样的型面。
2.如权利要求1所述的多轴加载机构，其特征在于，所述压力加载头通过开设在端面上的内螺纹孔槽与所述压力加载轴的动作端螺接。
3.如权利要求1所述的多轴加载机构，其特征在于，所述夹持件包括：夹持片、夹持底座以及紧固件；
所述夹持片固定在所述夹持底座上，所述夹持片开设有适配试样的型面；
所述夹持底座固定在所述压力加载头上，并通过所述紧固件锁紧。
4.如权利要求3所述的多轴加载机构，其特征在于，所述夹持底座的端面上固定有弹性支撑件，所述弹性支撑件抵靠在所述压力加载头上；
所述紧固件为调节螺栓和锁定螺母组；
所述夹持底座和所述压力加载头上分别开设有第一调整通孔和第二调整通孔，所述调节螺栓嵌于所述第一调整通孔和所述第二调整通孔，并分别于所述第一调整通孔和所述第二调整通孔两侧锁定所述夹持底座和所述压力加载头。
5.如权利要求4所述的多轴加载机构，其特征在于，所述弹性支撑件包括：开设在所述夹持底座端面上的嵌槽以及置于所述嵌槽内的弹性簧片，所述弹性簧片抵靠在所述压力加载头上。
6.如权利要求3所述的多轴加载机构，其特征在于，所述夹持片上设置有应变片式压力传感器，所述应变片式压力传感器与所述电控系统相连。
7.如权利要求1所述的多轴加载机构，其特征在于，所述加载组件还包括：定位激光器；
所述定位激光器固定在所述持力框架上，所述压力加载轴、所述压力加载头以及所述夹持件分别开设有定位孔。
8.如权利要求1所述的多轴加载机构，其特征在于，所述多轴加载机构还包括：支撑底座以及升降螺栓；
所述持力框架固定在所述支撑底座上，所述升降螺栓固定在所述支撑底座底部。
9.如权利要求1所述的多轴加载机构，其特征在于，所述所述持力框架上设置有水准仪。
10.一种室内光弹性衬砌模型多轴加载实验系统，其特征在于，激光光源、起偏镜、第一1/4波片、第二1/4波片、检偏镜、摄像机以及权利要求1～9所述的多轴加载机构；
所述激光光源、所述起偏镜、所述第一1/4波片、所述多轴加载机构、所述第二1/4波片、所述检偏镜以及所述摄像机依次有序布置，且中心对齐。
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