CN115266365B - 同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置 - Google Patents
同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115266365B CN115266365B CN202211186716.6A CN202211186716A CN115266365B CN 115266365 B CN115266365 B CN 115266365B CN 202211186716 A CN202211186716 A CN 202211186716A CN 115266365 B CN115266365 B CN 115266365B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bearing plate
- sample
- pressure
- plate
- pressurizing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 13
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229940093470 ethylene Drugs 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 10
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 2
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
- G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0003—Steady
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0019—Compressive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0025—Shearing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本申请涉及材料物理性质测试技术领域，提供了一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，该装置中，第一承压板、第二承压板、活动承压板平行布置在底座上，第一承压板和第二承压板位于底座的两端，活动承压板位于第一承压板和第二承压板之间；第一承压板、第二承压板上均设置有第一透光孔，第一承压板和活动承压板之间设置有压力传感器；剪切加载板位于活动承压板与第二承压板之间，滑动安装于活动承压板上；样品固定架安装于剪切加载板上正对第二承压板的一面；剪切加载板、样品固定架上均设置有第二透光孔；加压模块安装于第二承压板上；样品加压架正对样品固定架安装于加压模块上；加压模块、样品加压架上均设置有第三透光孔。
Description
技术领域
本申请涉及材料物理性质测试技术领域，特别涉及一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置。
背景技术
天然岩体内部含有丰富的非连续结构（如断层、节理、裂隙等），这些非连续的结构面对应着大量复杂结构的接触面，接触岩体摩擦滑移的力学行为严重影响接触岩体的相对滑动、失稳和破坏。
近年来，借助光学图像处理技术，众多学者探究了真实接触区域测量的方法，初步实现了摩擦滑移时真实接触区域的测量，但是接触面内应力场演化的测量仍然具有一定的困难，特别是在测量真实接触区域的过程中，同时测量接触面内的全场应力场更加困难。
当前应力场的测量主要是通过应力-应变曲线、摩擦系数等参量的变化来推测的，对整个接触面内的应力场做平均处理或者是面内局部点的测量，难以直观定量显示复杂结构接触面滑移过程中全场应力的演化。因而，当前研究难以在测量复杂结构接触面内真实接触区域的同时，兼顾应力场的测量，更加缺乏同时满足复杂结构接触面滑移过程中应力场和真实接触区域测量的装置。
因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，包括：承载框架、法向加载单元和平行加载单元，所述承载框架包括：底座、第一承压板、第二承压板和活动承压板；所述第一承压板、所述第二承压板、所述活动承压板平行布置在所述底座上，且所述第一承压板和所述第二承压板位于所述底座的两端，所述活动承压板位于所述第一承压板和所述第二承压板之间；所述第一承压板、所述第二承压板上均设置有同轴的第一透光孔，所述第一承压板和所述活动承压板之间设置有压力传感器，且所述压力传感器的两端分别与所述第一承压板、所述活动承压板接触；所述平行加载单元包括：剪切加载板和样品固定架，所述剪切加载板位于所述活动承压板与所述第二承压板之间，滑动安装于所述活动承压板上，且能够在所述活动承压板上沿垂直方向滑动；所述样品固定架安装于所述剪切加载板上正对所述第二承压板的一面，用于固定待测样品的一部分；所述剪切加载板、所述样品固定架上均设置有第二透光孔；所述法向加载单元包括：加压模块和样品加压架；所述加压模块安装于所述第二承压板上；所述样品加压架正对所述样品固定架安装于所述加压模块上，用于固定所述待测样品的另一部分；所述加压模块、所述样品加压架上均设置有第三透光孔，且所述加压模块能够沿所述第三透光孔的轴线方向移动；其中，所述第一透光孔、所述第二透光孔、所述第三透光孔、所述待测样品同轴设置。
优选的，所述承载框架还包括连接板，所述连接板的一端与所述第一承压板可拆卸连接，另一端与所述第二承压板可拆卸连接；和/或，所述连接板有多个，多个所述连接板对称布置于所述活动承压板的两侧。
优选的，所述剪切加载板的上端面可拆卸连接有多个锁紧板，所述锁紧板能够绕其与所述剪切加载板的连接部位转动180度后，下底面与所述连接板的顶面接触。
优选的，所述剪切加载板的上端面向上延伸有连接部，所述连接部的两侧对称设置多个所述锁紧板。
优选的，所述底座上设有安装凹槽，所述安装凹槽内设置有聚四乙烯垫，所述聚四乙烯垫的上表面坐落所述活动承压板。
优选的，所述剪切加载板上设有安装沉孔，所述安装沉孔与所述第二透光孔同轴，且所述安装沉孔内安装有透镜，所述安装沉孔的端面安装所述样品固定架。
优选的，所述加压模块包括：加压环和压力端固定件，所述加压环、所述压力端固定件分别活动安装于所述第二承压板上，所述压力端固定件位于所述加压环与所述样品固定架之间，开设有所述第三透光孔且正对所述样品固定架的一端安装所述样品加压架；所述加压环为与所述第三透光孔同轴的环形筒状结构，能够沿所述第三透光孔的轴线移动，以使正对所述样品固定架的一端带动所述压力端固定件移动。
优选的，所述压力端固定件正对所述加压环的一端设置有环形凹槽，所述环形凹槽中安装有铜圈；所述加压环的端面与所述铜圈的端面接触。
优选的，所述第二承压板上安装有加压固定件，所述加压固定件为两端开口的环形筒状结构，且所述加压固定件的内侧面与所述加压环的外侧面螺纹连接。
优选的，所述第二承压板正对所述活动承压板的一面设置有导向杆，对应的，所述压力端固定件滑动套装在所述导向杆上。
有益效果：
本申请提供的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实借接触面积的装置中，承载框架包括：底座、第一承压板、第二承压板和活动承压板；第一承压板、第二承压板、活动承压板平行布置底座上，且第一承压板和第二承压板位于底座的两端，活动承压板位于第一承压板和第二承压板之间；在第一承压板、第二承压板上均设置有同轴的第一透光孔，第一承压板和活动承压板之间设置有压力传感器，且压力传感器的两端分别与第一承压板、活动承压板接触；平行加载单元包括：剪切加载板和样品固定架，剪切加载板位于活动承压板与第二承压板之间，滑动安装于活动承压板上，且能够在活动承压板上沿垂直方向滑动；样品固定架安装于节前加载板上正对第二承压板的一面，用于固定待测样品的一部分；剪切加载板、样品固定架上均设置有第二透光孔；法向加载单元包括：加压模块和样品加压架，加压模块安装于第二承压板上，样品加压板正对样品固定架安装于加压模块上，用于固定待测样品的另一端；加压模块、样品加压架上均设置有第三透光孔，且加压模块能欧沿第三透光孔的轴线方向移动；其中，第一透光孔、第二透光孔、第三透光孔、待测样品同轴设置。
籍此，通过第二承压板上安装的加压模块沿第三透光孔的方向移动，对由样品固定架、样品加压架配合固定的待测样品施加垂直于接触面的轴向力；利用剪切加载板在活动承压板上沿垂直方向的滑动，对位于样品固定架和样品加压架上的待测样品施加平行于接触面的剪切力，进而实现对待测样品的结构接触面的法向、轴向的受载试验；利用第一承压板与活动承压板之间的压力传感器，对待测样品受力变化进行实时监测，同时，通过同轴设置的第一透光孔、第二透光孔、第三透光孔使对位于样品固定架和样品加压架上且同轴的待测样品在加压受载过程中的状态变化进行实时观测。
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。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置的结构示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置的主视图；
图3为图2所示实施例中的A-A视图；
图4为根据本申请的一些实施例提供的一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置的俯视图；
图5为根据本申请的一些实施例提供的底座的结构示意图；
图6为根据本申请的一些实施例提供的第一承压板的结构示意图；
图7为根据本申请的一些实施例提供的第二承压板的结构示意图；
图8为根据本申请的一些实施例提供的加强板板的结构示意图；
图9为根据本申请的一些实施例提供的剪切加载板的结构示意图；
图10为根据本申请的一些实施例提供的样品固定架的结构示意图；
图11为根据本申请的一些实施例提供的压力端固定架的结构示意图；
图12为根据本申请的一些实施例提供的连接板的结构示意图；
图13为根据本申请的一些实施例提供的滑块的结构示意图；
图14为根据本申请的一些实施例提供的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置在光弹性光路对待测样品进行测试的原理示意图。
附图标记说明：
100、承载框架；101、底座；102、第一承压板；103、第二承压板；104、活动承压板；105、连接板；106；加强板；107、聚四乙烯垫；111、第一螺栓孔；121、第二螺栓孔；131、安装凹槽；112、第一透光孔；122、第三螺栓孔；132、第四螺纹盲孔；115、第四螺栓孔；116、第二螺纹盲孔；126、第三螺纹盲孔；
200、平行加载单元；201、剪切加载板；202、样品固定架；203、滑块；204、锁紧板；205、滑轨；211、第二透光孔；
300、法向加载单元；301、加压环；302、压力端固定件；303、铜圈；304、样品加压架；305、加压固定件；306、导向杆；312、第三透光孔；322、阶梯孔；400、压力传感器；
600、同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置；601、光源；602、起偏镜；603、第一四分之一玻片；604、第二四分之一玻片；605、检偏镜；606、数字相机。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
直观描述和定量可视化表征复杂结构接触面滑移过程中三维应力场的分布于演化，对解释深地资源开采中的强冲击矿压、压裂液注入诱发地震、粘滑运动诱发地震等灾害的机理具有重要意义。从本质上讲，复杂结构接触面上的剪应力大于其能够提供的摩擦阻力将会引起接触面的摩擦滑移，而且，接触面滑移的发生必定伴随着真实接触面积的变化，但是，天然接触岩体摩擦滑移时不可见的复杂接触面结构和力学过程，构成了一个复杂的“黑箱”问题，使得当前研究难以定量可视化地表征复杂接触面摩擦滑移的力学过程，特别是精确表征对摩擦滑移机理分析至关重要的真实接触区域和全场应力的分布和演化。
为此，申请人提出了一种同时测量结构接触面剪切滑移过程中内部应力场和接触面积的装置，旨在同时测量复杂结构接触面剪切滑移过程中内部应力场和真实接触面积，该装置采用高强度透明石英剥离对头面接触面施加载荷，接触面法向满足透光要求，通过接触与非接触区域透光情况的差异，结合阈值分割等数字图像处理技术，提取真实接触区域，并计算其面积大小。同时，接触面法向可透光，满足透射式光弹性试验的条件，通过光弹性调温处理方法，可定量提取接触面内的应力场。因而，该装置能够实现复杂结构接触面剪切滑移过程中应力场和真实接触区域的定量表征，解决当前无法兼顾真实接触区域分布和应力场演化测量的难题，为揭示岩体接触面滑移诱发灾害的机理提供依据。
在本申请中，沿待测样品的轴向加载方向为左右方向（长度方向），沿待测样品的剪切加载方向为上下方向（垂直方向、高度方向），与左右方向、上下方向均垂直的方向为前后方向（宽度方向）。
如图1至图13所示，该同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，包括：承载框架100、法向加载单元300和平行加载单元200；承载框架100包括：底座101、第一承压板102、第二承压板103和活动承压板104；第一承压板102、第二承压板103、活动承压板104平行布置在底座101上，且该第一承压板102和该第二承压板103位于底座101的两端，活动承压板104位于该第一承压板102和该第二承压板103之间；该第一承压板102、该第二承压板103上均设置有同轴的第一透光孔112，该第一承压板102和该活动承压板104之间设置有压力传感器400，且该压力传感器400的两端分别与该第一承压板102、该活动承压板104接触。
该平行加载单元200包括：剪切加载板201和样品固定架202，该剪切加载板201位于该活动承压板104与该第二承压板103之间，滑动安装于该活动承压板104上，且能够在该活动承压板104上沿垂直方向滑动；该样品固定架202安装于该剪切加载板201上正对该第二承压板103的一面，用于固定待测样品的一部分；该剪切加载板201、该样品固定架202上均设置有第二透光孔211。
该法向加载单元300包括：加压模块和样品加压架304，该加压模块安装于该第二承压板103上；该样品加压架304正对该样品固定架202安装于该加压模块上，用于固定该待测样品的另一部分；该加压模块、该样品加压架304上均设置有第三透光孔312，且该加压模块能够沿该第三透光孔312的轴线方向移动；
其中，该第一透光孔112、该第二透光孔211、该第三透光孔312、该待测样品同轴设置。
本申请中，第一承压板102、活动承压板104、第二承压板103沿左右方向依次平行布置于底座101的上表面。其中，底座101的下表面的两端分别沿前后方向对称布设多个第一螺栓孔111，在第一承压板102、第二承压板103的底面上均设置有多个第一螺纹盲孔，通过内六角圆柱头螺栓穿过底座101下表面的第一螺栓孔111分别于第一承压板102、第二承压板103上的第一螺纹盲孔进行连接，使第一承压板102、第二承压板103可拆卸连接于底座101的上表面。
进一步的，第一承压板102的前后两侧分别通过加强板106与底座101进行连接加强，以增强第一承压板102的结构稳定性。具体的，底座101下表面的两端分别沿左右方向布设多个第二螺栓孔121，通过内六角圆柱头螺栓从底座101的下表面穿过第二螺栓孔121后与加强板106底面上设置的第二螺纹盲孔116进行连接；在第一承压板102上沿左右方向设置第三螺栓孔122，在加强板106的侧面上设置第三螺纹盲孔126，通过螺栓穿过第三螺栓孔122与第三螺纹盲孔126连接，籍此，是第一承压板102、加强板106、底座101成为一个整体，增强结构稳定性。同样的，第二承压板103同样通过加强板106与底座101进行连接，以进一步有效增强待测样品加载过程中的承载框架100的结构稳定性。
在本申请中，该承载框架100还包括连接板105，该连接板105的一端与该第一承压板102可拆卸连接，另一端与第二承压板103可拆卸连接。具体的，在第一承压板102、第二承压板103的前后方向的表面上分别设置第四螺纹盲孔132，连接板105上设置多个第四螺栓孔115，其中，连接板105上的多个第四螺栓孔115沿左右方向对称；通过内六角连接螺栓穿过第四螺栓孔115与第四螺纹盲孔132连接，将连接板105的两端分别可拆卸连接在第一承压板102、第二承压板103的前后方向的侧面上。
本申请中，该连接板105有多个，多个该连接板105对称布置于该活动承压板104的两侧。也就是说，在第一承压板102、第二承压板103的前后侧面上，对称布置多个承压板，该多个承压板的两端分别可拆卸连接在第一承压板102、第二承压板103的前后方向的侧面上，使第一承压板102、第二承压板103、连接板105、底座101形成一个整体的框架结构，进一步增强待测样品加载过程中的结构稳定性。
活动承压板104位于前后方向对称布置的连接板105之间，但活动承压板104与前后方向的连接板105不固定，使得活动承压板104能够沿左右方向具有一定的活动量，籍此，使得待测样品在加载过程中受到轴向载荷时，能够将轴向载荷传递至第一承压板102与活动承压板104之间的压力传感器400，实现对待测样品的轴向载荷的监测。
在本申请中，该底座101上设有安装凹槽131，该安装凹槽131内设置有聚四乙烯垫107，该聚四乙烯垫107的上表面上坐落活动承压板104。其中，聚四乙烯垫107沿前后方向的尺寸至少与活动承压板104沿前后方向的尺寸相同，聚四乙烯垫107沿左右方向的尺寸大于待测样品受载时活动承压板104沿左右方向的移动量，且聚四乙烯垫107沿左右方向的尺寸大于活动承压板104的底面沿左右方向的尺寸。在此，通过聚四乙烯垫107将活动承压板104与底座101之间隔离开，避免活动承压板104与底座101的直接接触，减小活动承压板104与底座之间的摩擦和磨损。其中，聚四乙烯垫107的硬度小于活动承压板104，当活动承压板104沿左右方向移动时，仅仅使聚四乙烯垫107产生磨损，而活动承压板104不产生磨损，有效延长活动承压板104的使用寿命。
在本申请中，第一承压板102、活动承压板104上设置的第一透光孔112均为方形孔，还可以为圆形孔、矩形孔等。设置在第一承压板102、活动承压板104之间的压力传感器400的两端分别通过螺栓连接于第一承压板102、活动承压板104上。具体的，螺栓穿过第一承压板102（或者活动承压板104）的左右方向的侧面上设置的通孔后，与压力传感器400的端部的螺纹盲孔连接，使压力传感器400的端部与第一承压板102（或者活动承压板104）抵接。
本申请中，压力传感器400有多个，多个压力传感器400沿第一透光孔112的轴线均布，有效避免了待测样品加载过程中第一承压板102、活动承压板104上可能产生的偏载，提高待测样品的测量精度。
本申请中，该加压模块包括加压环301和压力端固定件302，该加压环301、该压力端固定件302分别活动安装于第二承压板103上，该压力端固定件302位于该加压环301与该样品固定架202之间，开设有该第三透光孔312且正对该样品固定架202的一端安装该样品加压架304；该加压环301为与该第三透光孔312同轴的环形筒状结构，能够沿该第三透光孔312的轴线移动，以使正对该样品固定架202的一端带动该压力端固定件302移动。具体的，该第二承压板103正对该活动承压板104的一面设置有导向杆306，对应的，该压力端固定件302互动套装在该导向杆306上。
也就是说，在第二承压板103上沿第三透光孔312的轴线方向开设通孔，加压环301的一端穿过通孔后推动压力端固定件302沿第三透光孔312的轴线方向移动；通过第二承压板103上设置的导向杆306，对压力端固定件302沿左右方向的移动进行导向定位，避免压力端固定件302在垂直方向的位移，提高轴向加载精度，使轴向加载压力可以通过压力端固定件302更好的传递至待测样品。进一步的，导向杆306有多个，多个导向杆306沿第二承压板103上开设的通孔的周向均布。
本申请中，该第二承压板103上安装有加压固定件305，该加压固定件305为两端开口的环形筒状结构，且该加压固定件305的内侧面与该加压环301的外侧面螺纹连接。在此，通过转动加压环301，使加压环301能够沿着左右方向移动，将加压环301的转动转变为压力端固定件302左右方向的移动，进而使安装在压力端固定件302上的样品加压架304带动待测样品沿左右方向移动。
本申请中，在第二承压板103的通孔中安装的加压固定件305为环形筒状结构，在加压固定件305的一端沿径向向外延伸固定部，延伸固定部上设置安装通孔，在第二承压板103上设置螺纹通孔，通过螺栓穿过安装通孔后与第二承压板103上的螺纹通孔连接，将加压固定部固定在第二承压板103上。
此外，本申请中，导向杆306上沿轴向设置有螺纹盲孔（或者，螺纹通孔），通过螺栓穿过第二承压板103后与螺纹盲孔（或者，螺纹通孔）连接，进而将导向杆306固定在第二承压板103上。为了时装置的结构更加紧凑，减小装置尺寸，在加压固定件305的延伸固定部上沿径向设置有多个U型开口，多个U型开口分别与多个导向杆306对应，导向杆306的安装螺栓的头部位于U型开口内。
本申请中，该压力端固定件302正对该加压环301的一端设置有环形凹槽，该环形凹槽中安装有铜圈303，该加压环301的端面与该铜圈303的端面接触。籍此，通过铜圈303将加压环301的端面与压力端固定件302隔离开，避免加压环301端面与压力端固定件302的直接接触，减小加压环301在转动摩擦力；同时，利用铜圈303的硬度小于加压环301、压力端固定件302的硬度，有效提升加压环301、压力端固定件302的使用寿命。
本申请中，压力端固定件302上还设置有与环形凹槽同轴的沉孔，沉孔内安装透镜，其中，透镜为高强度透明石英玻璃材质。压力端固定件302的端面与安装透镜的沉孔同轴设置有阶梯孔322，阶梯孔322中安装样品加压架304，其中，设置环形凹槽的一端沿左右方向设置多个第五螺栓孔，第五螺栓孔贯通阶梯孔322与安装透镜的沉孔的端面，在样品加压架304上对应设置第五螺纹孔，通过内六角螺栓穿过第五螺栓孔后拧入第五螺纹孔，将样品加压架304安装在压力端固定件302中。
本申请中，剪切加载板201上设有安装沉孔，该安装沉孔与该第二透光孔211同轴，且该安装沉孔内安装有透镜，该安装沉孔的端面安装该样品固定架202。在此，透镜材质、安装结构与压力端固定件302中透镜材质、安装结构均相似；同时，样品固定架202的结构、安装于样品加压架304的结构、安装相同，在此不再一一赘述。
在本申请中，该剪切加载板201的上端面可拆卸连接有多个锁紧板204，锁紧板204能够绕其与剪切加载板201的连接部位转动180度后，下底面与连接板105的顶面接触。进一步的，该剪切加载板201的上端面向上延伸有连接部，该连接部的两侧对称设置多个该锁紧板204。籍此，使得垂直方向的加载力能够通过剪切加载板201均匀传递到待测样品。
也就是说，锁紧板204与剪切加载板201转动连接，当进行待测样品的固定时，将锁紧板204转动180度，使锁紧板204的下底面坐落在连接板105的顶面，对剪切加载板201沿垂直方向的移动进行限位，保证剪切加载板201位于固定高度，使样品固定架202、样品加压架304同轴，便于待测样品在样品固定架202、样品加压架304上固定对齐。当待测样品水平施加轴向荷载到位，准备施加剪切荷载时，将锁紧板204进行转动，使其与连接板105脱离，使得剪切加载板201能够在滑轨205上向下移动，对待测样品进行剪切滑移。
本申请中，剪切加载板201滑动安装于活动承压板104上，具体的，在活动承压板104上设置有沿垂直方向的滑轨205，滑轨205通过螺栓可拆卸连接在活动承压板104与剪切加载板201相对的一面。具体的，滑轨205有两个，两个滑轨205沿前后方向对称布置在活动承压板104上。在剪切加载板201上可拆卸连接滑块203，具体的，滑块203为U行结构，滑块203的U型开口与滑轨205相适配，实现剪切加载板201相对活动承压板104的沿垂直方向的相对运动。
本申请中，每个滑轨205相对适配两个滑块203，即同一滑轨205上沿垂直方向设置两个滑轨205，使得对待测样品在水平方向上施加轴向荷载时，有效保证剪切加载板201的平整性，避免剪切加载板201在垂直平面内可能产生的扭转，使得轴向荷载可以均匀施加到待测样品上，提高测试精度。
本申请中，滑轨205与滑块203的横截面均为燕尾槽状，通过燕尾槽状的截面配合，一方面，在保证滑块203在滑轨205上沿上下方向移动的同时，还可以对滑块203沿左右方向的移动进行有效限定；另一方面，使得滑块203与滑轨的接触面磨损后，滑块203能够在燕尾槽截面的内侧面（斜面）的作用下，实现滑块203在滑轨205上的自动对中，进而保证样品固定架204与样品加压架304的同轴精度。
本申请中，待测样品的一端插入样品固定架202中，另一端插入样品加压架304中，即待测样品分为两部分；通过旋转加压环301，推动样品加压架304沿左右方向朝着样品固定架202移动，当样品加压架304与样品固定架202的端面接触时，停止转动加压环301，此时，待测样品完全位于样品固定架202的第二透光孔211和样品加压架304的第三透光孔312中。也就是说，样品固定架202的第二透光孔211、样品加压架304的第三透光孔312为安装固定待测样品，同时通过第二透光孔211、第三透光孔312由待测样品的端面对待测样品受载状态进行观测。
当样品固定架202和样品加压架304接触时，即可对通过对剪切加载板201施加垂直方向的加载力，样品固定架202中固定的待测样品的部分将随剪切加载板201一起运动，实现对待测样品平行接触面（样品固定架202与样品加压架304受到轴向荷载作用时，相互接触的面）方向载荷的施加以及其剪切滑动。
籍此，通过第二承压板103上安装的加压模块沿第三透光孔312的方向移动，对由样品固定架202、样品加压架304配合固定的待测样品施加垂直于接触面的轴向力；利用剪切加载板201在活动承压板104上沿垂直方向的滑动，对位于样品固定架202和样品加压架304上的待测样品施加平行于接触面的剪切力，进而实现对待测样品的结构接触面的法向、轴向的受载试验；利用第一承压板102与活动承压板104之间的压力传感器400，对待测样品受力变化进行实时监测，同时，通过同轴设置的第一透光孔112、第二透光孔211、第三透光孔312使对位于样品固定架202和样品加压架304上且同轴的待测样品在加压受载过程中的状态变化进行实时观测。
如图14所示，将该同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置600置于光弹性光路中，在同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置600的左侧依次布置第一四分之一玻片603、起偏镜602、光源601；在同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置600的右侧依次布置第二四分之一玻片604、检偏镜605、数字相机606。光源601发出的光通过起偏镜602、第一四分之一玻片602、第一透光孔112、第二透光孔211、第三透光孔312、第二四分之一玻片604后，由检偏镜605射出。对待测样品施加法向（左右方向）、切向（垂直方向）的载荷，并调整光路为圆偏振光暗场状态，由数字相机606通过第一透光孔112、第二透光孔211、第三透光孔312，拍摄待测样品剪切状态下接触面的光弹性条纹，通过相移、解包裹等方法，提取待测样品内部的应力场。再将起偏镜602、第一四分之一玻片603、第二四分之一玻片604、检偏镜605移除，由数字相机606拍摄待测样品接触面图像，分析接触区域和非接触区域光强的差异，通过阈值分割、二值化等数字图像处理，提取待测样品的真实接触区域，并计算其面积。
以上所述仅为本申请的优选实施例，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 (10)
1.一种同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，包括：承载框架、平行加载单元 和法向加载单元；
所述承载框架包括：底座、第一承压板、第二承压板和活动承压板；所述第一承压板、所述第二承压板、所述活动承压板平行布置在所述底座上，且所述第一承压板和所述第二承压板位于所述底座的两端，所述活动承压板位于所述第一承压板和所述第二承压板之间；所述第一承压板、所述第二承压板上均设置有同轴的第一透光孔，所述第一承压板和所述活动承压板之间设置有压力传感器，且所述压力传感器的两端分别与所述第一承压板、所述活动承压板接触；
所述平行加载单元包括：剪切加载板和样品固定架，所述剪切加载板位于所述活动承压板与所述第二承压板之间，滑动安装于所述活动承压板上，且能够在所述活动承压板上沿垂直方向滑动；所述样品固定架安装于所述剪切加载板上正对所述第二承压板的一面，用于固定待测样品的一部分；所述剪切加载板、所述样品固定架上均设置有第二透光孔；
所述法向加载单元包括：加压模块和样品加压架；所述加压模块安装于所述第二承压板上；所述样品加压架正对所述样品固定架安装于所述加压模块上，用于固定所述待测样品的另一部分；所述加压模块、所述样品加压架上均设置有第三透光孔，且所述加压模块能够沿所述第三透光孔的轴线方向移动；
其中，所述第一透光孔、所述第二透光孔、所述第三透光孔、所述待测样品同轴设置。
2.根据权利要求1所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述承载框架还包括连接板，所述连接板的一端与所述第一承压板可拆卸连接，另一端与所述第二承压板可拆卸连接；
和/或，
所述连接板有多个，多个所述连接板对称布置于所述活动承压板的两侧。
3.根据权利要求2所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述剪切加载板的上端面可拆卸连接有多个锁紧板，所述锁紧板能够绕其与所述剪切加载板的连接部位转动180度后，下底面与所述连接板的顶面接触。
4.根据权利要求3所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述剪切加载板的上端面向上延伸有连接部，所述连接部的两侧对称设置多个所述锁紧板。
5.根据权利要求1所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述底座上设有安装凹槽，所述安装凹槽内设置有聚四乙烯垫，所述聚四乙烯垫的上表面坐落所述活动承压板。
6.根据权利要求1所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述剪切加载板上设有安装沉孔，所述安装沉孔与所述第二透光孔同轴，且所述安装沉孔内安装有透镜，所述安装沉孔的端面安装所述样品固定架。
7.根据权利要求1-6任一所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述加压模块包括：加压环和压力端固定件，所述加压环、所述压力端固定件分别活动安装于所述第二承压板上，所述压力端固定件位于所述加压环与所述样品固定架之间，开设有所述第三透光孔且正对所述样品固定架的一端安装所述样品加压架；所述加压环为与所述第三透光孔同轴的环形筒状结构，能够沿所述第三透光孔的轴线移动，以使正对所述样品固定架的一端带动所述压力端固定件移动。
8.根据权利要求7所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述压力端固定件正对所述加压环的一端设置有环形凹槽，所述环形凹槽中安装有铜圈；所述加压环的端面与所述铜圈的端面接触。
9.根据权利要求7所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述第二承压板上安装有加压固定件，所述加压固定件为两端开口的环形筒状结构，且所述加压固定件的内侧面与所述加压环的外侧面螺纹连接。
10.根据权利要求9所述的同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置，其特征在于，所述第二承压板正对所述活动承压板的一面设置有导向杆，对应的，所述压力端固定件滑动套装在所述导向杆上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211186716.6A CN115266365B (zh) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211186716.6A CN115266365B (zh) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115266365A CN115266365A (zh) | 2022-11-01 |
| CN115266365B true CN115266365B (zh) | 2022-12-02 |
Family
ID=83756524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211186716.6A Active CN115266365B (zh) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115266365B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0484732A (ja) * | 1990-07-27 | 1992-03-18 | Tetsuo Ezaki | コンクリート又は岩石等の剪断・透水同時試験装置 |
| CN105758738A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-13 | 西安石油大学 | 一种电动双面剪切仪 |
| CN109085070A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-12-25 | 河海大学 | 用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法 |
| CN109269891A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-25 | 山东科技大学 | 一种适用于假三轴试验机的真三轴加载装置及试验方法 |
| CN209589721U (zh) * | 2019-03-15 | 2019-11-05 | 河南交通职业技术学院 | 压剪试验装置 |
| CN210136143U (zh) * | 2019-07-05 | 2020-03-10 | 山东科技大学 | 一种锚固岩体扭转剪切试验装置 |
| CN110987627A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-10 | 上海交通大学 | 一种基于滑杆技术的刚柔组合真三维加载装置 |
| CN112146996A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-29 | 武汉理工大学 | 法向扰动诱发岩体剪切断裂的实验装置 |
| CN114324009A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-12 | 东北石油大学 | 拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置 |
| CN114414403A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-04-29 | 中国矿业大学 | 一种实现采动应力梯度下岩石剪切的实验装置及方法 |
| CN114577638A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-03 | 中山大学 | 一种岩石双面剪切试验装置及试验方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108871968B (zh) * | 2017-05-11 | 2024-01-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种压裂过程应力冻结实验装置 |
-
2022
- 2022-09-28 CN CN202211186716.6A patent/CN115266365B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0484732A (ja) * | 1990-07-27 | 1992-03-18 | Tetsuo Ezaki | コンクリート又は岩石等の剪断・透水同時試験装置 |
| CN105758738A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-13 | 西安石油大学 | 一种电动双面剪切仪 |
| CN109085070A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-12-25 | 河海大学 | 用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法 |
| CN109269891A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-25 | 山东科技大学 | 一种适用于假三轴试验机的真三轴加载装置及试验方法 |
| CN209589721U (zh) * | 2019-03-15 | 2019-11-05 | 河南交通职业技术学院 | 压剪试验装置 |
| CN210136143U (zh) * | 2019-07-05 | 2020-03-10 | 山东科技大学 | 一种锚固岩体扭转剪切试验装置 |
| CN110987627A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-10 | 上海交通大学 | 一种基于滑杆技术的刚柔组合真三维加载装置 |
| CN112146996A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-29 | 武汉理工大学 | 法向扰动诱发岩体剪切断裂的实验装置 |
| CN114324009A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-12 | 东北石油大学 | 拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置 |
| CN114414403A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-04-29 | 中国矿业大学 | 一种实现采动应力梯度下岩石剪切的实验装置及方法 |
| CN114577638A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-03 | 中山大学 | 一种岩石双面剪切试验装置及试验方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 岩石节理压剪破坏的数值分析;钟卫平等;《武汉理工大学学报》;20070125(第01期);全文 * |
| 接触面损伤演化过程的数值模型;唐世斌等;《计算力学学报》;20110215(第01期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115266365A (zh) | 2022-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106124337B (zh) | 一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置 | |
| CN105699214B (zh) | 一种扭转微动疲劳试验设备及试验方法 | |
| CN106950107B (zh) | 一种三点弯曲疲劳试验装置 | |
| CN109752242B (zh) | 一种压剪试验装置 | |
| KR200460528Y1 (ko) | 무한궤도 차량용 트랙체인의 마스터 핀 검사 겸용 드릴링 가공지그 | |
| CN113390712B (zh) | 一种圆棒试件冲击拉伸疲劳试验夹具 | |
| CN115266365B (zh) | 同时测量接触面滑移过程中应力场和真实接触面积的装置 | |
| CN114035132A (zh) | 一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置 | |
| CN106950137B (zh) | 切向微动磨损试验装置及试验方法 | |
| CN112212759B (zh) | 一种汽车前纵梁检测台 | |
| CN107328514A (zh) | 光学镜头螺纹压圈预紧力测量装置 | |
| US3589175A (en) | Dynamic fatigue testing | |
| CN117537971A (zh) | 一种电芯循环膨胀力测试夹具及测试系统 | |
| CN215178555U (zh) | 一种综合性电主轴可靠性加载试验装置 | |
| KR101510606B1 (ko) | 인장 시험용 지그 | |
| CN113237650A (zh) | 一种综合性电主轴可靠性加载试验装置 | |
| CN211668757U (zh) | 一种应力应变测试仪 | |
| CN113155661B (zh) | 往复式摩擦磨损试验用夹具装置及往复式摩擦磨损试验机 | |
| CN211784818U (zh) | 单轴抗拉强度试验机 | |
| CN205352825U (zh) | 一种用于轮胎花纹摩擦特性测试的加压装置 | |
| CN211696129U (zh) | 一种检测零部件的检具 | |
| CN210922532U (zh) | 一种防眩板抗变形量检测装置 | |
| CN109668779B (zh) | 一种拉伸试验法测紧固带平板试样力学性能的夹具装置 | |
| CN108572134B (zh) | 管材剩余寿命的测试方法和测试系统 | |
| CN215893477U (zh) | 一种高精度的变速器液压阀板检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |