CN203101201U - 一种模拟连续冲击加载的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种模拟连续冲击加载的试验装置，包括钢桁架、滚轴、绳索以及落锤，所述钢桁架与滚轴之间通过滚轴支座连接在一起；所述落锤包括中心落锤和一个以上的实心套环，还包括盛放实验对象的钢桶，所述钢桶与落锤相对设置；同时所述钢桶内设置有用于覆盖实验对象的盖板。本实用新型不仅能能够施加多次、连续、不同能量和不同冲量冲击的试验装置，并通过放置盖板来保证试验材料所受到的荷载为均布荷载，消除了由于应力集中而对试验产生的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟连续冲击加载的试验装置，属于冲击荷载技术领域。
背景技术
在岩土工程，经常涉及到冲击荷载的问题，例如，拆除爆破施工中的结构倒塌触地、地基加固中的强夯施工、矿山开采中的台阶爆破以及隧道开挖过程中的预裂爆破和光面爆破等，这些冲击荷载的能量以冲击波的形式传播到所接触的材料，这些材料主要为岩石和土。上述这些冲击荷载均涉及到率效应问题，即传统的落锤试验无法模拟，需要能够模拟多次冲击的试验装置。在实际工程中，如果涉及到冲击荷载的问题，就需要对采用冲击荷载的方法进行评价，也就是在冲击荷载作用下，岩石和土的力学行为及破坏现象，例如，拆除爆破工程施工中的结构倒塌触地是否会引起地表破坏、液化、塌陷，强夯施工中夯击次数及夯锤质量对土体固结效果的影响等问题。
由于本试验装置所研究的内容涉及到工程效益和人类的生产生活安全，已引起许多学者的关注，并做了大量研究，但主要集中在数值模拟方面，在试验方面的研究较少。数值模拟是现在工程技术领域较为权威的分析方法，该方法的计算理论及计算方法已趋于完善，但该方法的计算结果精度与参数的选取密切相关。目前，数值模拟中的参数选取主要依靠实验室试验和现场试验，由于现场试验需要大量经费，不是选取参数的常规手段，所以大量采用实验室试验。模拟冲击荷载的试验装置主要为常规落锤试验、霍普金森杆试验（SHPB），这两种试验方法只能够模拟单次冲击，所取得的参数与实际工程不符。
落锤试验是一个方法简单、成本低、效果理想的试验方法，该试验方法起源于上个世纪，一直沿用至今。目前，很多学者想通过对常规落锤试验进行改进，来满足各类试验要求。本实用新型专利也是通过对常规落锤试验进行改进，由单一落锤扩展成多落锤，以此来模拟冲击加载，这个思路已经被提出了很长时间，现有的具体改进方式均是通过设置多个落锤或反复升降单个落锤，该方法在模拟冲击远区（距离冲击点较远处）介质（岩石、土等材料）的力学行为及破坏现象方面效果显著，但无法模拟冲击近区（冲击点附近）介质。
综上所述，需要一种能够模拟连续冲击加载的试验装置。
实用新型内容
本实用新型专利是为了解决上述连续冲击加载模拟的问题，提供了一种能够施加多次、连续、不同能量和不同冲量冲击的试验装置，并通过放置盖板来保证试验材料所受到的荷载为均布荷载，消除了由于应力集中而对试验产生的影响，试验装置对试验对象没有过多限制，主要为散体材料、土岩石试样、钢筋混凝土试样等岩土工程所涉及的材料。
本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种模拟连续冲击加载的试验装置，其特征在于:包括钢桁架、滚轴、绳索以及落锤，所述钢桁架与滚轴之间通过滚轴支座连接在一起；所述落锤包括中心落锤和一个以上的实心套环，且所述实心套环按直径由小到大的顺序依次套在中心落锤上，同时所述中心落锤、实心套环均通过绳索与滚轴传动连接；还包括盛放实验对象的钢桶，所述钢桶与落锤相对设置；同时所述钢桶内设置有用于覆盖实验对象的盖板。
优选的：所述滚轴上设置有绳索凹槽，所述绳索缠绕在绳索凹槽内。
优选的：所述实心套环的个数为4个。
优选的：所述中心落锤与各实心套环的质量均相等，且 
,其中R1为中心落锤的半径，Rn为第n个实心套环的半径。
本实用新型的一种模拟连续冲击加载的试验装置，相比现有技术，具有以下有益效果：由于设置有钢桁架、滚轴、绳索以及落锤，所述钢桁架与滚轴之间通过滚轴支座连接在一起；所述落锤包括中心落锤和一个以上的实心套环，且所述实心套环按直径由小到大的顺序依次套在中心落锤上，同时所述中心落锤、实心套环均通过绳索与滚轴传动连接；还设置有盛放实验对象的钢桶，所述钢桶与落锤相对设置；同时所述钢桶内设置有用于覆盖实验对象的盖板，因此能够施加多次、连续、不同能量和不同冲量冲击的试验装置，并通过放置盖板来保证试验材料所受到的荷载为均布荷载，消除了由于应力集中而对试验产生的影响，试验装置对试验对象没有过多限制，主要为散体材料、土岩石试样、钢筋混凝土试样等岩土工程所涉及的材料。
附图说明
图 1 是本实用新型一种模拟连续冲击加载的试验装置的结构示意图；
图 2 是图1的局部示意放大图；
图 3 是图1的落锤放大示意图；
图 4 是本使用新型落锤加载下落过程的示意图；
其中：1为钢桁架，2为滚轴支座，3为滚轴，4为落锤，5为绳索，6为盖板，7为钢桶，8为实验对象，9为中心落锤，10为第一实心套环，11为第二实心套环，12为第三实心套环，13为第四实心套环。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
实施例
本实施例的一种模拟连续冲击加载的试验装置如图1-4所示，包括钢桁架、滚轴、绳索以及落锤，所述钢桁架与滚轴之间通过滚轴支座连接在一起；所述落锤包括中心落锤和一个以上的实心套环，且所述实心套环按直径由小到大的顺序依次套在中心落锤上，同时所述中心落锤、实心套环均通过绳索与滚轴传动连接；还包括盛放实验对象的钢桶，所述钢桶与落锤相对设置；同时所述钢桶内设置有用于覆盖实验对象的盖板。所述滚轴上设置有绳索凹槽，所述绳索缠绕在绳索凹槽内。所述实心套环的个数为4个。
所述4个实心套环分别为第一实心套环、第二实心套环、第三实心套环和第四实心套环，即落锤包括中心落锤、第一实心套环、第二实心套环、第三实心套环和第四实心套环，所述第一实心套环设置于中心落锤的外侧，所述第二实心套环设置于第一实心套环的外侧，所述第三实心套环设置于第二实心套环的外侧，所述第四实心套环设置于第三实心套环的外侧。中心落锤为圆柱体，截面半径为R1。实心套环均为圆环体，截面为圆环，第一实心套环的内外半径分别为R1和R2，第二实心套环的内外半径分别为R2和R3，第三实心套环的内外半径分别为R3和R4，第四实心套环的内外半径分别为R4和R5。各个实心套环的质量分别为M1、M2、M3和M4，中心落锤的质量为M，为保证一次试验中的每次冲击能相等，改进落锤设备的各部分之间有如下关系：
式中：H为中心落锤及实心套环的高度，S为实心套环及中心落锤的截面面积，
为密度，V为体积。由上述关系得到：
各个实心套环分别在上表面任一直径方向设置两根绳索，中心落锤在上表面中心处设置一个绳索，所有绳索均绕过滚轴，以到达升降改进落锤的目的。在滚轴上绳索所绕过的位置均设置凹槽，这样可以保证改进落锤在升降过程中不会产生大幅度摇摆，以保障试验安全。可以通过绳索提升的高度来控制改进落锤下降的高度，即每次的冲击能，同时也可以通过改变每个实心套环或中心落锤的下落释放时间，来控制冲击间隔时间，即冲击加载率。
式中的h为下落高度，改进落锤各个部分的下落高度均相等，g为重力加速度，为常数，t为下落时间，所以得出冲击加载率即为中心落锤及实心套环下落释放的间隔时间。试验对象放置在钢桶内，由于钢桶的强度较高，所以在冲击过程中不会产生宏观变形。试验对象上部用盖板覆盖，以保证试验对象在每次冲击过程中所受的荷载为均布荷载。
图4是本使用新型专利改进落锤4加载下落过程的示意图，该图为落锤的一种下落冲击过程，改进落锤的各个部分9~13释放下落次序并无限定，需要控制的仅为各个部分释放下落的时间间隔。
首先依据试验方案，确定以下三个问题：（1）试验所需的冲击次数；（2）试验所需的冲击能，即落锤的质量；（3）试验所需的冲击加载率，即冲击加载的间隔时间。然后进行试验的具体操作，将试验对象放置在钢桶内，如果试验对象为试件，需要将试件放在钢桶内中心处，再将盖板覆在试验对象表面。架起钢桁架，将改进落锤的绳索绕过滚轴，并提升改进落锤。最后将钢桶移至改进落锤下方，用计时器控制改进落锤下落释放时间间隔并下落改进落锤，落锤各个部分中心落锤、第一实心套环、第二实心套环、第三实心套环和第四实心套环以一定的时间间隔冲击盖板，完成试验。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。
Claims (4)
1.一种模拟连续冲击加载的试验装置，其特征在于:包括钢桁架、滚轴、绳索以及落锤，所述钢桁架与滚轴之间通过滚轴支座连接在一起；所述落锤包括中心落锤和一个以上的实心套环，且所述实心套环按直径由小到大的顺序依次套在中心落锤上，同时所述中心落锤、实心套环均通过绳索与滚轴传动连接；还包括盛放实验对象的钢桶，所述钢桶与落锤相对设置；同时所述钢桶内设置有用于覆盖实验对象的盖板。
2.根据权利要求1所述一种模拟连续冲击加载的试验装置，其特征在于：所述滚轴上设置有绳索凹槽，所述绳索缠绕在绳索凹槽内。
3.根据权利要求2所述一种模拟连续冲击加载的试验装置，其特征在于：所述实心套环的个数为4个。
4.根据权利要求1、2或3所述一种模拟连续冲击加载的试验装置，其特征在于：所述中心落锤与各实心套环的质量均相等，且 
,其中R1为中心落锤的半径，Rn第n个实心套环的半径。
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|---|---|---|---|
| CN 201320071167 CN203101201U (zh) | 2013-02-07 | 2013-02-07 | 一种模拟连续冲击加载的试验装置 |
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| CN 201320071167 CN203101201U (zh) | 2013-02-07 | 2013-02-07 | 一种模拟连续冲击加载的试验装置 |
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| CN (1) | CN203101201U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103728191A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-16 | 河海大学 | 一种模拟连续冲击剪切加载的试验装置 |
| CN105004619A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-10-28 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 冻土区回填土冻结强度现场快速检测装置 |
| CN105445092A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-30 | 浙江大学 | 具有连续精确加载可变载荷的装置 |
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2013
- 2013-02-07 CN CN 201320071167 patent/CN203101201U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN105445092A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-30 | 浙江大学 | 具有连续精确加载可变载荷的装置 |
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