CN204479411U - 单轴拉压试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单轴拉压试验机，在固定架(1)的顶部设置下定位板(2)，下定位板(2)顶面的中央安装固定座(5)，固定座(5)上装有测力计(6)，在测力计(6)的正上方设置液压缸(7)，该液压缸(7)安装于上定位板(4)上，液压缸(7)活塞的下端设有加载头(8)，在液压缸(7)的正上方设有线性差动变压器(9)，线性差动变压器(9)的探头竖直向下，并与液压缸(7)活塞的上端接触。本实用新型结构简单、紧凑，占用空间小，组装方便，成本低，稳定性好；避免了夹具应力集中效应，试验过程中试件完全处于被拉伸状态，与实验目的是一致的，得到的实验数据非常直观、真实、可靠。

Description

单轴拉压试验机

技术领域

本实用新型涉及一种单轴拉压试验机，用于岩石的抗拉强度测试。

背景技术

抗拉强度是岩石的重要力学性质指标之一，也是岩石结构设计中安全与稳定性分析的一个控制性参数。岩石抗拉强度是指岩石试件在外荷载的作用下抵抗拉应力的能力，为岩石试件在拉伸破坏时的极限荷载与受拉截面面积的比值。改革开放以来，随着中国经济建设的飞速发展，修建了很多大型的桥梁、隧道、水坝以及高层建筑等工程。在工程建设中经常会遇到岩石类材料，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量好坏旳一个重要依据。岩石抗拉强度是岩石工程建筑设计的主要技术参数之一，目前常用的岩石抗拉强度试验有单轴拉伸试验、巴西勞裂试验、三轴试验和点荷载试验，这几种常用的试验方法都被写入了国家规范。

1、直接拉伸

岩石的直接拉伸和金属材料的直接拉伸方法比较类似，先把试件加工成圆柱形，再对中部进行切削，制成中间细两端粗的标准试件，然后用夹具夹住试件的两端进行拉伸，试件被拉断时的应力即为岩石的抗拉强度σt。

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{P}{F}\×10\left(\mathrm{MPa}\right)$

其中：P一试件被拉断时的拉力(KN)；

F—试件横截面面积(cm2)。

通常认为直接拉伸试验的结果更加符合岩石的实际受拉情况，但由于用于直接拉伸试验的岩石试样很难加工，因为岩石属于脆性材料，要将其加工成哑铃状的圆柱体试样比较费时，而且加工完的成品率非常低，同时很难将夹具的拉力与试件的轴线保持重合。因此，考虑到上述直接拉伸试验在实际操作过程中不够简单易行，所以通常情况下采用间接拉伸试验的方法作为抗拉试验。

2、巴西试验

圆盘勞裂试验亦称巴西试验(Brazilian test)，传统的试验方法是将经过加工的圆盘状试样，放置于压力机的承压板间，并在试样与上、下承压板之间各放置一根直径为1mm的硬质钢丝作为垫条。垫条位于与试样端面垂直的对称轴面上，它可将施加的压力变为线荷载，以使试样内部产生垂直于上、下荷载作用方向的拉应力。使试样因拉应力而破坏，可以通过公式求其抗拉强度。

试样的抗拉强度(负号为拉应力)可表示为

${\mathrm{\σ}}_t=-\frac{2P_t}{\mathrm{\πDL}}$

式中:σt为岩石抗拉强度，L为试样长度(厚度)，D为直径，Pt为破坏载荷。

但是巴西试验的实验条件和岩石受拉破坏的条件有很大差异，其结果也与直接传统拉伸有很大差异，所以巴西试验的试验结果的可靠性一直受到学术界的质疑。另外巴西试验的离散性很大，对于重复性较小的试验是不适用的。

岩石力学领域中，有关受拉强度的研究比压缩强度的研究要少得多。因岩石在大多数场合是处于受压状态，故在实用上压缩强度相对重要些。但是，压缩破坏现象，从微观角度来分析，可以知道在裂缝的附件也产生受拉应力。宏观地来说，即使是压缩破坏，也在很大程度上与受拉应力导致的裂缝的发展相关。因此，拉伸强度的研究与压缩强度的研究有紧密的联系，并可望随着两者的研究的发展，结果的比较和分析，从而对破坏现象给予解析和说明。另外，今后地下空间的开发和利用，将不可避免地涉及到一些大规模、形状复杂的地下建筑，这就极可能出现岩石在局部处于受拉的情况。这也在一定程度上增强了有关拉伸强度研究的必要性。

单轴拉伸试验系统是从事岩石力学相关的基础研究设备之一，直接拉伸法被认为是研究岩石拉伸变形特性的最好方法，可用于在拉应力下、岩石等的力学性质研究。数量与规模宏大、结构与环境复杂，涉及到拉应力作用下岩石中裂缝扩展及其变形破坏的问题愈来愈多，继续沿用以考虑压应力状态为主的岩石力学模型和破坏准则已不能完全满足实际工程需要。拉应力作用下变形破坏规律的岩石力学模型和破坏准则极不完善，有关岩石拉伸方面的试验数据非常有限，迫切需要进行拉应力作用下变形破坏特性的研究。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、精确性好的单轴拉压试验机。

本实用新型的技术方案如下：一种单轴拉压试验机，具有固定架(1)，在所述固定架(1)的顶部设置下定位板(2)，该下定位板(2)的上方通过反力柱(3)支撑有上定位板(4)，在所述下定位板(2)顶面的中央安装测力计(5)，测力计(5)上装有下压头(6)，在所述下压头(6)的正上方设置液压缸(7)，该液压缸(7)安装于上定位板(4)上，液压缸(7)活塞的下端设有加载头(8)，该加载头(8)位于上定位板(4)的下方并正对所述下压头(6)，在所述液压缸(7)的正上方设有线性差动变压器(9)，该线性差动变压器(9)通过支架(10)安装在液压缸(7)的缸体上，所述线性差动变压器(9)的探头竖直向下，并与液压缸(7)活塞的上端接触。

本实用新型采用环氧树脂作为粘合剂，使试件直接粘接在与测力计相连接的下压头上(该下压头中间有螺纹孔，与测力计固定座上的螺杆通过扭动结合在一起，逆时针扭动可卸下测力计压头，顺时针扭动可固定好测力计压头)，然后待粘合剂凝固后再把试件上端粘贴在活塞下部相连接的加载头上(该加载头中间有螺纹孔，与活塞上的螺杆通过扭动结合在一起，逆时针扭动可卸下加载头，顺时针扭动可固定好加载头)，待试件粘接牢固后，控制液压缸的活塞向上运动，使试件被拉伸，液压缸活塞向上运动的同时，推动线性差动变压器的探头发生位移，线性差动变压器和测力计配合，在相应控制电路的作用下，即可测量试件的轴向变形。

除进行拉伸试验外，本实用新型控制液压缸的活塞活塞向下运动，还可以进行压缩试验。

本实用新型一方面结构简单、紧凑，组装容易，成本低；另一方面，采用环氧树脂作为粘合剂，且测力计、试件、液压缸和线性差动变压器在同一竖直线上，从而有效避免了拉伸条件下的应力集中，使试验过程中试件完全处于被拉伸状态，试验数据精确、可靠。

为了简化结构、方便装配，并确保试验机上部的稳定性，所述下定位板(2)与上定位板(4)通过两根相互平行的反力柱(3)连接，该反力柱(3)的上下端通过螺母与对应的定位板锁紧。

为了便于整机吊装移位，在所述上定位板(4)的顶面并排安装有两个吊环(16)。

为了使结构更紧凑，并有利于管路布置，在所述液压缸(7)的背面安装伺服阀(11)，该伺服阀(11)的旁边设有过滤器(12)，所述过滤器(12)的出口与伺服阀(11)的进油口连通，在过滤器(12)的进口接有进油管(13)。

为了使线性差动变压器安装牢固、可靠，拆装便捷性好，所述线性差动变压器(9)通过上下两个抱箍安装于支架(10)上。

本实用新型的有益效果是：

1、结构简单、紧凑，占用空间小，组装方便，成本低，稳定性好；

2、试件加工与常规岩石试件的加工一样简单，取出岩芯然后磨平双端面，将平整度达到0.01mm即可得到很精确的拉伸试验数据；

3、避免了夹具应力集中效应，试验过程中试件完全处于被拉伸状态，与实验目的是一致的，得到的实验数据非常直观、真实、可靠；

4、试验受到干扰较小，离散性比较小，所以每组试验设定的个数较少，可以极大地减小工作量。

5、不仅可以用于拉伸试验，还可以用于压缩试验，应用范围广泛。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型上部的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，固定架1为框架结构，该固定架1底部的四个角处均装有地脚螺栓14。在固定架1的顶部设置下定位板2，该下定位板2优选为矩形，并位于水平面上。在下定位板2的正上方设有上定位板4，上定位板4也优选为矩形，上定位板4与下定位板2相平行，上定位板4与下定位板2通过左右两根相互平行的反力柱3连接，反力柱3垂直于上定位板4，该反力柱3的上下端通过螺母与对应的定位板锁紧。在上定位板4的顶面并排安装两个吊环16，用于吊装时与起吊设备的挂钩连接。

如图1、图2所示，在下定位板2顶面的中央安装测力计5，该测力计5位于两根反力柱3之间，并在测力计5的顶部安装下压头6。在下压头6的正上方设置液压缸7，该液压缸7安装于上定位板4上。液压缸7的轴心线垂直于上定位板4，液压缸7活塞的下端固定设置加载头8，该加载头8位于上定位板4的下方，加载头8向下正对下压头6和测力计5。在液压缸7的背面安装伺服阀11，伺服阀11控制液压缸7的进出油。在伺服阀11的旁边设有过滤器12，过滤器12的出口与伺服阀11的进油口连通，在过滤器12的进口接有进油管13，进油管13连接液压油源。

如图1、图2所示，在液压缸7的正上方设有线性差动变压器9，该线性差动变压器9的轴心线与上定位板4垂直，线性差动变压器9通过上下两个抱箍安装于支架10上，而支架10固定在液压缸7的缸体上。线性差动变压器9的探头竖直向下，且线性差动变压器9的探头与液压缸7活塞的上端接触。

以上线性差动变压器属于现有技术，其结构及工作原理在此不作赘述。

本实用新型的工作原理如下：

采用环氧树脂作为粘合剂，使试件15粘接在下压头6与加载头8之间，待试件15粘接牢固后，控制液压缸7的活塞向上运动，使试件15被拉伸，液压缸7活塞向上运动的同时，推动线性差动变压器9的探头发生位移，线性差动变压器9和测力计5配合，在相应控制电路的作用下，即可测量试件15的轴向变形。

本实用新型控制液压缸的活塞活塞向下运动，还可以进行压缩试验。

Claims (5)

1.一种单轴拉压试验机，具有固定架(1)，其特征在于：在所述固定架(1)的顶部设置下定位板(2)，该下定位板(2)的上方通过反力柱(3)支撑有上定位板(4)，在所述下定位板(2)顶面的中央安装测力计(5)，测力计(5)上装有下压头(6)，在所述下压头(6)的正上方设置液压缸(7)，该液压缸(7)安装于上定位板(4)上，液压缸(7)活塞的下端设有加载头(8)，该加载头(8)位于上定位板(4)的下方并正对所述下压头(6)，在所述液压缸(7)的正上方设有线性差动变压器(9)，该线性差动变压器(9)通过支架(10)安装在液压缸(7)的缸体上，所述线性差动变压器(9)的探头竖直向下，并与液压缸(7)活塞的上端接触。

2.根据权利要求1所述的单轴拉压试验机，其特征在于：所述下定位板(2)与上定位板(4)通过两根相互平行的反力柱(3)连接，该反力柱(3)的上下端通过螺母与对应的定位板锁紧。

3.根据权利要求1或2所述的单轴拉压试验机，其特征在于：在所述上定位板(4)的顶面并排安装有两个吊环(16)。

4.根据权利要求1所述的单轴拉压试验机，其特征在于：在所述液压缸(7)的背面安装伺服阀(11)，该伺服阀(11)的旁边设有过滤器(12)，所述过滤器(12)的出口与伺服阀(11)的进油口连通，在过滤器(12)的进口接有进油管(13)。

5.根据权利要求1所述的单轴拉压试验机，其特征在于：所述线性差动变压器(9)通过上下两个抱箍安装于支架(10)上。