CN210690196U - 一种可变体积的物理相似材料试件模具 - Google Patents

Abstract

一种可变体积的物理相似材料试件模具，包括底板、第一半圆筒、第二半圆筒、抱箍和顶盖，底板上表面固定设有圆柱形的底座，顶盖下表面固定设有圆柱形的压柱、第一半圆筒和第二半圆筒均沿垂直方向设置，第一半圆筒和第二半圆筒合围成一个圆筒体，圆筒体的内径、底座的外径和压柱的内径相等，圆筒体的下端部设置在底板上且套在底座外部，抱箍设置在第一半圆筒和第二半圆筒的外圆周，压柱伸入到圆筒体的上端口内。本实用新型增加了对相似材料试件体积的控制，解决了相似材料试件密度控制的难题，提高了相似材料试件密度均匀性，减小了试件形状的离散度。使得模具具备了制作高密度相似材料试件的能力，对于新型相似材料的研发具有重要意义。

Description

一种可变体积的物理相似材料试件模具

技术领域

本实用新型属于相似材料试验技术领域，具体涉及一种可变体积的物理相似材料试件模具。

背景技术

物理相似模拟试验是矿山、地下空间及其他岩土工程问题研究的重要手段。合理的相似模拟试验要求模型满足几何相似性，动力相似性和运动相似性。相似模拟动力相似性是相似模拟试验是否合理的关键，其主要内容就是要求相似材料力学性质满足试验要求。

相似模拟材料主料多采用石英砂，并通过石膏、水泥等胶结料加水胶结而成。相似模拟材料的物理力学性质除了受主料、胶结料本身性质影响，还受到相似模型压制密度、模型水份含量、模型养护方式等因素影响。

研究表明相似模型压制密度对相似模拟材料物理力学性质影响显著。试件密度主要受试件质量和试件体积控制。目前相似材料标准试件模具的形状主要有圆柱形和立方形两种，模具体积均固定，只能制作固定体积的相似材料试件，造成相似材料试件密度不易控制，采用此类模具难以进行密度对相似材料力学性质影响的研究。

目前，相似材料按配比混合制备后装入圆柱形或立方形的相似模拟试件模具后，手工压实相似材料使相似材料正好充满模具。待模具中的相似材料试件固结后拆模取出，养护一段时间后进行力学测试。这种模具存在以下缺点：

①模具体积固定，不能改变模型体积；

②试件成型一般采用人工压实，压制过程存在较高误差；

③由于设计结构限制，目前的相似材料试件模具一般采用人工压实，难以制作高密度相似材料试件；

④目前相似材料试件模具的材料多是塑料，试件压实过程中形变较大；

⑤立方体模具如果压不实，边角处易坏，不易制成完全的模型，对模型体积有影响，导致密度计算误差。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于操作、体积可调节、密度高且均匀的可变体积的物理相似材料试件模具。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种可变体积的物理相似材料试件模具，包括底板、第一半圆筒、第二半圆筒、抱箍和顶盖，底板上表面固定设有圆柱形的底座，顶盖下表面固定设有圆柱形的压柱、第一半圆筒和第二半圆筒均沿垂直方向设置，第一半圆筒和第二半圆筒合围成一个圆筒体，圆筒体的内径、底座的外径和压柱的内径相等，圆筒体的下端部设置在底板上且套在底座外部，抱箍设置在第一半圆筒和第二半圆筒的外圆周，压柱伸入到圆筒体的上端口内。

压柱外圆表面沿母线方向开设有刻度，刻度的0刻度线与压柱下表面齐平。

底板和顶盖均为圆形，底板和顶盖的外径大于等于圆筒体的外径。

抱箍设置有两个，每个抱箍均由两个半圆环通过两个螺拴组件连接而成。

底板和底座内部开设有底部敞口的下减重槽，顶盖和压柱内部开设有顶部敞口的上减重槽。

采用上述技术方案，本实用新型对不同体积相似材料试件制作流程为：将第一半圆筒和第二半圆筒在底座上合并为圆筒体，将四个半圆环套在第一半圆筒和第二半圆筒外部并使用螺栓组件紧固，然后称得模具的重量M₁；将制备好的相似材料均匀装满圆筒体内腔，称得模具和相似材料的总重量M₂，M₂- M₁得到相似材料的重量；最后将压柱伸入到圆柱体的上端口内，放到伺服压力机上压制或人工压制顶盖，底座上表面距离圆筒体的上端口的距离H为已知，压柱伸入到圆筒体内部的深度从压柱外圆表面的刻度读出来数值L，H-L的数值即为圆柱形试件的长度，圆筒体的半径R也为已知，通过计算得到试件的体积V=πR²（H-L）。

本实用新型解决了现有技术的模具存在的以下问题：

（1）解决相似材料试件体积不可变问题。目前不管是圆柱形或立方形的相似材料试件模具制作的试件体积均固定，不能控制试件体积，因此试件密度不易控制。本发明改进了标准相似材料试件模具，使压柱可轴向位移，并刻有刻度控制相似材料试件的轴向尺寸，使得试件体积可控。

（2）提供了制作高密度相似材料试件的能力。本实用新型的模具材料均采用钢材制成，底板和底座一体制成，顶盖和压柱一体制成，上减重槽和下减重槽的设置，可进一步减轻模具的重量，降低成本且便于拿取。抱箍加固圆筒体减小了周向变形，通过伺服压力机对可移动模型盖施加的较大压力，制得高密度的相似材料试件。

（3）解决试件内部密度不均匀的问题。目前圆柱形或立方形的固定体积相似材料试件模具采用人工压制的方法，要求相似材料正好填满模型内腔。人工压制使试件成型压力较小并且不均匀，造成了试件内部材料均匀性较差。并且一般相似材料难以正好填满模型内腔，多次加减料加剧了试件的不均匀性。

综上所述，本实用新型增加了对相似材料试件体积的控制，解决了相似材料试件密度控制的难题，提高了相似材料试件密度均匀性，减小了试件形状的离散度。使得模具具备了制作高密度相似材料试件的能力。对于新型相似材料的研发具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的装配图；

图2是本实用新型的爆炸图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的一种可变体积的物理相似材料试件模具，包括底板1、第一半圆筒2、第二半圆筒3、抱箍和顶盖5，底板1上表面固定设有圆柱形的底座6，顶盖5下表面固定设有圆柱形的压柱7、第一半圆筒2和第二半圆筒3均沿垂直方向设置，第一半圆筒2和第二半圆筒3合围成一个圆筒体，圆筒体的内径、底座6的外径和压柱7的内径相等，圆筒体的下端部设置在底板1上且套在底座6外部，抱箍设置在第一半圆筒2和第二半圆筒3的外圆周，压柱7伸入到圆筒体的上端口内。

压柱7外圆表面沿母线方向开设有刻度8，刻度8的0刻度线与压柱7下表面齐平。

底板1和顶盖5均为圆形，底板1和顶盖5的外径大于等于圆筒体的外径。

抱箍设置有两个，每个抱箍均由两个半圆环4通过两个螺拴组件9连接而成。

底板1和底座6内部开设有底部敞口的下减重槽（图中未示出），顶盖5和压柱7内部开设有顶部敞口的上减重槽10。

本实用新型对不同体积相似材料试件制作流程为：将第一半圆筒2和第二半圆筒3在底座6上合并为圆筒体，将四个半圆环4套在第一半圆筒2和第二半圆筒3外部并使用螺栓组件紧固，然后称得模具的重量M₁；将制备好的相似材料均匀装满圆筒体内腔，称得模具和相似材料的总重量M₂，M₂- M₁得到相似材料的重量；最后将压柱7伸入到圆柱体的上端口内，放到伺服压力机上压制或人工压制顶盖5，底座6上表面距离圆筒体的上端口的距离H为已知，压柱7伸入到圆筒体内部的深度从压柱7外圆表面的刻度8读出来数值L，H-L的数值即为圆柱形试件的长度，圆筒体的半径R也为已知，通过计算得到试件的体积V=πR²（H-L）。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种可变体积的物理相似材料试件模具，其特征在于：包括底板、第一半圆筒、第二半圆筒、抱箍和顶盖，底板上表面固定设有圆柱形的底座，顶盖下表面固定设有圆柱形的压柱、第一半圆筒和第二半圆筒均沿垂直方向设置，第一半圆筒和第二半圆筒合围成一个圆筒体，圆筒体的内径、底座的外径和压柱的内径相等，圆筒体的下端部设置在底板上且套在底座外部，抱箍设置在第一半圆筒和第二半圆筒的外圆周，压柱伸入到圆筒体的上端口内。

2.根据权利要求1所述的一种可变体积的物理相似材料试件模具，其特征在于：压柱外圆表面沿母线方向开设有刻度，刻度的0刻度线与压柱下表面齐平。

3.根据权利要求1所述的一种可变体积的物理相似材料试件模具，其特征在于：底板和顶盖均为圆形，底板和顶盖的外径大于等于圆筒体的外径。

4.根据权利要求1所述的一种可变体积的物理相似材料试件模具，其特征在于：抱箍设置有两个，每个抱箍均由两个半圆环通过两个螺拴组件连接而成。

5.根据权利要求1所述的一种可变体积的物理相似材料试件模具，其特征在于：底板和底座内部开设有底部敞口的下减重槽，顶盖和压柱内部开设有顶部敞口的上减重槽。

Images