CN206920243U - 一种单轴压缩测试装置 - Google Patents

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梁越
李化池
陈伟
张帆
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Abstract

本实用新型公开了一种单轴压缩测试装置,包括控制装置和从上至下依次设置的反力架、试样固定装置和工作台,所述反力架上设有对式样固定装置加压的千斤顶;所述式样固定装置包括顶盖、底座、环向位移计、线性变压式位移传感器、高强度螺杆和螺杆套,高强度螺杆穿过顶盖上的光孔套上螺杆套后固定在底座上相应的螺孔内,顶盖中部设有轴向活塞,轴向活塞下端设有压头,所述待检测试样放置于压头和底座之间,所述压头四周设有用于固定线性变压式位移传感器的钢圆盘,所述环向位移计套在待检测试样上,所述千斤顶的活动端顶在轴向活塞上端的活塞杆上。本装置小巧轻便,能对实验环境的精确控制,得到试验结果离散性小,精度高,可直观观察实验过程。

Description

一种单轴压缩测试装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种考虑温度作用下的单轴压缩测试装置,具体涉及一种单轴压 缩测试装置。
背景技术
[0002]岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的变形和破坏特征。单轴压缩变形试验 用于测定岩石试件在轴向力条件下的轴向及环向应变值,进而计算出岩石的弹性模量和泊 松比。目前岩石试验机大多数是大型的单轴或三轴试验机,这些试验机由电液伺服控制千 斤顶提供轴向压力,利用油压提供围压,可以完成常规的单轴压缩试验或三轴压缩试验。 [0003]早期,岩石力学的试验大多采用普通的材料试验机,之后,随着人们对岩石和试验 机刚度的认识,发明了刚性试验机。为了模拟岩石的受力性态,研制了围压三轴试验机、真 三轴试验机、高温高压三轴试验机和大型真三轴试验机。国内外学者并随之进行了大量的 相关试验研宄,揭示了许多关于岩石的特性。如:刘冬梅等采用实时全息千涉法、高分辨率 数字摄像机与计算机图像处理系统链接的三位一体化测量系统,对单轴受压岩石、花岗岩 和和砂岩试样裂纹扩展与变形破坏过程进行了连续动态观测,对岩石损伤演化过程进行了 详细的描述。刘燕东等在刚性试验机上对单轴岩石受压破坏全过程进行声发射试验,得到 了岩石裂纹扩展的声发射特征,从而揭示了含裂纹岩石破坏机理。刘晓丽等利用Geo-CAAS 系统,研宄了单个或多个随机缺陷的岩石在单轴压缩条件下的变形和强度特性,分析了缺 陷位置和体积含量对岩石强度的影响。王立明在申请号为201520537443.4的专利中提供一 种应力、温度和振动耦合作用下的岩石单轴压缩试验装置,实现对岩石在应力、温度和振动 耦合作用下的单轴压缩试验。彭守建等在申请号为201520031653.6的专利中提供一种单轴 拉压试验机,用于岩石的抗拉与抗压强度测试。
[0004]但是,上诉试验机体积庞大,过于笨重且实验条件不易控制:一方面在不受围压的 保护条件下,进行单轴压缩试验时在试样安装过程中会产生压力室主轴与试样主轴不重合 的偏差,这种偏差会导致试样在加载过程中的应力集中现象,使实验数据误差增大;另一方 面考虑热力耦合效应的试样常规的做法是将试样加热并冷却至常温后进行物理力学实验。 而本实用新型试验装置一方面小巧轻便,能够直接放置于恒温恒湿箱中,实现在温度加载 过程中的力学实验操作;另一方面可在压密阶段及时调整试样位置,简单有效的避免了单 轴压缩试验的弊端,使得实验结果稳定,且在试验过程中可以实现对试验过程的实时监测。 实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种无侧向受限的岩石单轴压缩试验装置,该实验装 置通过旋转固定于可拆卸式受力托架上的螺钉实现对顶盖中轴向活塞的位置调整,避免了 在实验过程中反复拆装顶盖这一环节,提高了实验效率;在压密阶段可以人为的及时调整 试样位置使得压头、试样和底座的中心在同一轴线上,降低了实验数据的离散性,从而避免 了单轴压缩试验的弊端;该单轴压缩试验装置小巧轻便,方便移动,能够放置于恒温恒湿箱 中完成在恒温恒湿条件下进行单轴压缩试验,能够准确的模拟工程背景;通过恒温恒湿箱 的玻璃窗可以直观记录试样破坏的宏观过程。
[0006] 为了解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案如下:
[0007] 一种单轴压缩测试装置,其特征在于:包括控制装置和从上至下依次设置的反力 架、试样固定装置和工作台,所述反力架上设有对式样固定装置加压的千斤顶;
[0008] 所述式样固定装置包括顶盖、底座、环向位移计、线性变压式位移传感器(LVDT)、 高强度螺杆和螺杆套,所述顶盖四周设有多个用于高强度螺杆穿过的光孔,底座上设有多 个与顶盖上光孔对应的螺孔,所述高强度螺杆穿过顶盖上的光孔套上螺杆套后固定在底座 上相应的螺孔内,所述顶盖中部设有轴向活塞,轴向活塞下端的活塞杆底端设有压头,待检 测试样放置于压头和底座之间,所述压头四周设有钢圆盘,所述线性变压式位移传感器上 下两端分别与压头和底座固定相连,所述环向位移计套在待检测试样上,所述环向位移计 和线性变压式位移传感器分别通过导线与控制装置相连,所述底座置于工作台上,所述千 斤顶的活动端顶在轴向活塞上端的活塞杆上。
[0009] 作为改进,该单轴压缩测试装置还包括轴向活塞调整装置,所述轴向活塞调整装 置包括受力托架、高强度螺钉和设于顶盖底部的两条承力钩,所述受力托架两端分别设有 与承力钩咬合的受力沟槽,所述高强度螺钉旋入受力托架中部的螺纹通孔内,当受力托架 两端分的受力沟槽分别与承力钩咬合时,高强度螺钉刚好顶在轴向活塞下端的活塞杆上, 拧动高强度螺钉,即可将轴向活塞向上顶复位。
[0010] 作为改进,用于将顶盖和底座固定相连的高强度螺杆和相应螺杆套分别有3-8个, 且都是对称分布在顶盖四周。
[0011] 作为改进,所述式样固定装置设于恒温恒湿箱内。
[0012] 作为改进,所述控制装置包括用于控制千斤顶的液压栗和用于记录分析数据的计 算机,所述液压栗通过高压管与千斤顶相连,所述环向位移计和线性变压式位移传感器的 信号分别通过导线接入计算机。
[0013] 本实用新型的有益效果是:
[0014] 本实用新型一种考虑温度作用下的单轴压缩测试装置,解决目前试验机过于笨 重、且实验条件不易控制的缺陷。本实用新型在原有试验机基础上去除围压室缸筒,减少了 拆装螺杆这一环节,即在试验准备中通过旋转受力托架中螺钉来调整顶盖中轴向活塞的位 置,避免了实验过程中反复拆装顶盖。提供了一种小巧轻便的单轴压缩试验装置,能够直接 放置于恒温恒湿箱内完成在恒温恒湿条件控制下的单轴压缩试验,可以对实验环境的精确 控制,得到的试验结果离散性小,精度高。实验过程中可以做到直观观察。本装置一方面简 化了原有单轴实验机结构,使其更便于实验操作和使用。另一方面,在试验过程中实现了对 实验条件的精准控制,使得实验数据的离散程度降低。最后,利用高分辨率摄像机对单轴压 缩试验进行实时拍摄,对宏观现象的研究做出印证。
附图说明
[0015]图1为单轴压缩测试装置结构示意图。
[0016] 图2为式样固定装置结构示意图。
[0017] 图3为顶盖结构示意图。
[0018] 图4轴向活塞调整装置仰视图。
[0019] 图5为顶盖仰视图。
[0020] 图6为顶盖俯视图。 、、
[0021] 图中,1-顶盖,2-轴向活塞,3-底座,4-压头,5_高强度螺杆,6-螺杆套,7_试样,8_ 钢圆盘,9-环向位移计,10-线性变压式位移传感器,1卜接线端,12—导线,13_螺杆,14_玻璃 窗,15-恒温恒湿箱动力装置,16-控制系统,17-计算机,18-液压泵,19-高压管,20-恒温恒 湿箱,21-受力托架,22-高强度螺钉,23-承力钩,24-受力沟槽,25-凸台,26_反力架,27_千 斤顶。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0023] 如图1所示,一种单轴压缩测试装置,包括控制装置和从上至下依次设置的反力架 26、试样固定装置和工作台,所述反力架26上设有对式样固定装置加压的千斤顶27;
[0024] 所述式样固定装置包括顶盖1、底座3、环向位移计9、线性变压式位移传感器 (LVDT) 10、高强度螺杆5和螺杆套6,所述顶盖1四周设有四个用于高强度螺杆5穿过的光 孔,底座3上设有四与顶盖1上光孔对应的螺孔,所述高强度螺杆5穿过顶盖1上的光孔套上 螺杆套6后固定在底座3上相应的螺孔内,所述顶盖1中部设有轴向活塞2,轴向活塞2下端的 活塞杆底端设有压头4,底座3中部设有凸台25,所述待检测试样7放置于压头4和底座3中 部的凸台25之间,所述压头4四周固定有钢圆盘8,所述线性变压式位移传感器1〇固定在钢 圆盘8上,所述线性变压式位移传感器10下端与设于底座3上的螺杆13垂直接触,线性变压 式位移传感器10用于检测试样7轴向变形,所述高精度的环向位移计9固定于试样7外表 面,用于在试验过程中实时监测试样7环向变形,所述底座3置于工作台上,所述千斤顶27的 活动端顶在轴向活塞2上端的活塞杆上。
[0025] 所述的顶盖1和底座3间之间的螺杆套6长度等于顶盖1高度、底座3中部凸台25高 度、压头4和试样7高度之和,便于更好的固定试样7。
[0026]所述控制装置包括用于控制千斤顶27的液压栗18和用于记录分析数据的计算机 17,所述液压泵通过高压管19与千斤顶27相连,液压栗为高精度伺服高压栗,所述环向位移 计9和线性变压式位移传感器10分别通过导线12与接线端11相连,然后接入计算机17。 [0027] 该单轴压缩测试装置还包括轴向活塞2调整装置,所述轴向活塞2调整装置包括受 力托架21、高强度螺钉22和设于顶盖1底部的两条承力钩23,所述受力托架21两端分别设有 与承力钩23咬合的受力沟槽24,所述高强度螺钉22旋入受力托架21中部的螺纹通孔内,当 受力托架21两端分的受力沟槽24分别与承力钩23咬合时,高强度螺钉22刚好顶在轴向活塞 2下端的活塞杆上,拧动高强度螺钉22,即可将轴向活塞2向上顶复位。
[0028]需要指出的是,用于将顶盖1和底座3固定相连的高强度螺杆5和相应螺杆套6数量 不限于4个,考虑到式样固定装置的稳定性和复杂性,高强度螺杆5有3-8个,且对称分布在 顶盖1四周。
[0029]所述式样固定装置设于恒温恒湿箱20内,所述恒温恒湿箱20通过恒温恒湿箱动力 装置15控制温度和湿度,所述恒温恒湿箱20上设有方便实验人员直观观察试验过程的玻 璃窗14。
[0030] 所述的无围压压力实验通过安置在恒温恒湿箱20外的高分辨率摄像机对岩石单 轴压缩试验实现实时拍摄记录,对岩石变形的宏观表现做出印证。
[0031] 所述的恒温恒湿箱20—侧为高强度、耐高温、耐化学腐蚀的玻璃面板,便于在试验 过程中高分辨率摄像机的实时拍摄。
[0032] 本实用新型特点在于顶盖1上可安装轴向活塞调整装置,此轴向活塞调整装置由 受力托架21和高强度螺钉22及承力钩23组成。受力托架21中部穿有高强度螺钉22,通过旋 转高强度螺钉22可调整顶盖1中部轴向活塞2的位置,避免了在实验过程中反复拆装顶盖丄, 提高了实验效率;在压密阶段可以人为的及时调整试样位置使压头4、试样7和底座3的中心 在同一轴线上,提高了实验数据的精确度,从而避免了单轴压缩试验的弊端;该单轴压缩试 验装置小巧轻便,移动方便,能够放置于恒温恒湿箱20中完成在恒温恒湿条件下进行单轴 压缩试验,能够准确的模拟工程背景;通过恒温恒湿箱20的玻璃窗14可以直观记录试样7破 坏的宏观过程。其原理在于通过高精度伺服高压泵对顶盖1施加压力,从而实现对试样7的 单轴压缩,通过高精度的线性变压式位移传感器10和高精度环向位移计9实现对单轴作用 下岩石的高精度变形监测,同时利用控制系统16安装的计算机17采集数据进而得出岩石单 轴压缩试验的应力-应变曲线。
[0033] 试验测试的具体方法如下:
[0034] (1)制作试样7。将其加工成标准圆柱体,使其端面平整度、平行度和端面垂直度满 足规范要求。
[0035] (2)将高强度螺杆5穿过顶盖1和螺杆套6固定于底座3外边缘的螺孔中,形成一个 可用于实验操作的整体。
[0036] ⑶将试样7固定在压头4和底座3上凸台25之间。
[0037] ⑷将式样固定装置放入恒温恒湿箱20。
[0038] ⑸通过外置的远程操作系统对试样7施加轴向压力,并利用线性变压式位移传感 器10和髙精度的环向位移计9实现对岩石变形的实时测量。
[0039] 05)通过控制系统16安置的计算机17进行实验数据采集。
[0040] (7)通过放置于恒温恒湿箱2〇外面的高分辨率摄像机对单轴实验进行实时监测, 观察试样7破坏过程的宏观特征。
[0041] 本实用新型结构简单、紧凑,组装容易,避免顶盖1反复拆装。能够有效的控制试样 7、压头4和底座3的中心在同一轴线上,直观观测试样7位置变化方便及时作出调整。能够很 好的降低试验数据的离散性,极大地提高了实验效率。

Claims (5)

1. 一种单轴压缩测试装置,其特征在于:包括控制装置和从上至下依次设置的反力架、 试样固定装置和工作台,所述反力架上设有对式样固定装置加压的千斤顶; 所述式样固定装置包括顶盖、底座、环向位移计、线性变压式位移传感器、高强度螺杆 和螺杆套,所述顶盖四周设有多个用于高强度螺杆穿过的光孔,底座上设有多个与顶盖上 光孔对应的螺孔,所述高强度螺杆穿过顶盖上的光孔套上螺杆套后固定在底座上相应的螺 孔内,所述顶盖中部设有轴向活塞,轴向活塞下端的活塞杆底端设有压头,待检测试样放置 于压头和底座之间,所述压头四周设有钢圆盘,所述线性变压式位移传感器上下两端分别 与压头和底座固定相连,所述环向位移计套在待检测试样上,所述环向位移计和线性变压 式位移传感器分别通过导线与控制装置相连,所述底座置于工作台上,所述千斤顶的活动 端顶在轴向活塞上端的活塞杆上。
2. 根据权利要求1所述一种单轴压缩测试装置,其特征在于:还包括轴向活塞调整装 置,所述轴向活塞调整装置包括受力托架、高强度螺钉和设于顶盖底部的两条承力钩,所述 受力托架两端分别设有与承力钩咬合的受力沟槽,所述高强度螺钉旋入受力托架中部的螺 纹通孔内,当受力托架两端分的受力沟槽分别与承力钩咬合时,高强度螺钉刚好顶在轴向 活塞下端的活塞杆上,拧动高强度螺钉,即可将轴向活塞向上顶复位。
3. 根据权利要求1所述一种单轴压缩测试装置,其特征在于:用于将顶盖和底座固定相 连的高强度螺杆和相应螺杆套分别有个,且都是对称分布在顶盖四周。
4.根据权利要求1所述一种单轴压缩测试装置,其特征在于:所述式样固定装置设于恒 温恒湿箱内。
5.根据权利要求1所述一种单轴压缩测试装置,其特征在于:所述控制装置包括用于控 制千斤顶的液压栗和用于记录分析数据的计算机,所述液压泵通过高压管与千斤顶相连, 所述环向位移计和线性变压式位移传感器的信号分别通过导线接入计算机。
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