CN212483143U - 一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具，夹具包括底座、副载板、上压头、下压头和固定压头，底座两端设有支撑杆和固定件，副载板能够在支撑杆上移动并通过固定件紧固，底座两端上表面设有凹槽，凹槽之间的底座两侧设置有底座轨道，底座轨道内活动连接有两个下压头；副载板的上表面和下表面的中部相对称的安装有固定压头，副载板上表面的固定压头上方安装有加载压头，副载板的两侧设有副载板轨道，副载板轨道内活动连接有两个上压头；底座和副载板的同一侧相对应的均设置有对称刻度；副载板与底座的规格尺寸一致，上压头与副载板固定时，上压头位于凹槽的正上方。
Description
技术领域
本实用新型属于岩石力学性能测试领域，具体涉及一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲试验的夹具。
背景技术
岩石的断裂韧度是岩石力学性能的重要指标之一，三点弯曲试验通常用于测得岩石试样的I型断裂韧度和研究I/II型复合裂纹扩展行为，四点弯曲试验通常用于测得岩石试样的I型断裂韧度和II型断裂韧度。三点弯曲试验加载方式简单，应用较为广泛。四点弯曲较三点弯曲试验多两个压头和一个副载板，压夹结构复杂，但弯矩分布均匀，试验结果更准确。两者皆需通过精准控制压头间距获取所需岩石力学参数。
在实际操作过程中，现有用于三、四点弯曲试验的夹具主要存在三个弊端，从而降低了其测试能力。第一，需拆卸压头和副载板来实现三、四点弯曲试验的转化；第二，四点弯曲试验的上部压头间距需手动测量，每个压头位置的偏移都将导致试验的误差增大甚至失败；第三，副载板控制不灵活，不能实现岩石四点弯曲试验中II断裂韧度的测量。因此，设计一种用于岩石三、四点弯曲试验的一体化综合夹具对于提高测试效率和准确率十分关键。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具，该夹具可减少压头和副载板的更换时间，便捷实现三、四点弯曲试验的转换，夹具可精确控制压头间距，提高弯曲试验结果的准确率。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具，包括底座、副载板、上压头、下压头和固定压头，所述底座两端设有支撑杆和固定件，所述副载板能够在所述支撑杆上移动并通过所述固定件紧固，所述底座两端上表面设有凹槽，凹槽之间的底座两侧设置有底座轨道，所述底座轨道内排列设置有底座滚珠导轨，所述底座轨道内活动连接有两个所述下压头，所述下压头上设置有与所述底座轨道形状相契合的凸形滑块；
所述副载板的上表面和下表面的中部相对称的安装有固定压头，副载板的两侧设有副载板轨道，所述副载板轨道内排列设置有副载板滚珠导轨，所述副载板轨道内活动连接有两个所述上压头，所述上压头上设置有与所述副载板轨道形状相契合的凸形滑块；所述上压头中部设有连接孔，所述副载板两端中部设有螺纹孔，通过螺钉和所述连接孔及螺纹孔用于实现对上压头的固定；
所述底座和副载板的同一侧相对应的均设置有对称刻度；所述副载板与底座的规格尺寸一致，所述上压头与副载板固定时，上压头位于凹槽的正上方。
进一步的，所述上压头和下压头均由长方体形状的压块和半圆柱形状的压体组成，压体的两端固定安装所述压块，所述压块上相对应安装有所述凸形滑块；所述固定压头为半圆柱形结构；所述压体的半圆柱直径大于固定压头的半圆柱直径。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
1.副载板设有固定压头和可滑动压头，能快速实现三、四点弯曲试验的转化，解决了需拆卸压头和副载板来实现三点和四点弯曲试验转化的问题，既节约了测试时间又提高了测试设备的一体化率。
2.副载板和底座的端部边缘处设有对称刻度，因为三、四点弯曲试验对加载跨距要求各不相同，所以上、下压头的具体位置可以根据对称刻度精准调节，不仅能节约人力对中调节和测量跨距的时间，还能提高试验结果的准确率。
3.通过滚珠导轨灵活控制上、下压头，使得本实用新型夹具还能实现四点弯曲试验岩石试样II型断裂韧度的测量，极大的提高了本实用新型装置的综合测试能力。
4.本实用新型夹具适用于一般的伺服压力机，只需将底座置于伺服压力机的加载平台上，按照设定的加载速率加压即可，使得本实用新型夹具易于推广和应用。
附图说明
图1为本实用新型夹具的立体结构示意图；
图2a和图2b分别为副载板的平面结构示意图和立体结构示意图；
图3a和图3b分别为上压头的平面结构示意图和立体结构示意图；
图4a和图4b分别为底座的平面结构示意图和立体结构示意图；
图5a和图5b分别为预制裂纹岩石试样三点弯曲I型断裂试验平面示意图和加载示意图；
图6a和图6b分别为预制裂纹岩石试样四点弯曲I型断裂试验平面示意图和加载示意图；
图7a和图7b分别为预制裂纹岩石试样四点弯曲II型断裂试验平面示意图和加载示意图。
附图标记：1-加载压头，2-螺杆，3-螺母，4-螺钉，5-副载板，6-上压头，7-下压头，8-底座，9-凹槽，10-固定压头，11-副载板螺杆孔，12-螺纹孔，13-副载板滚珠导轨，14-对称刻度，15-凸形滑块，16-螺纹孔，17-压体，18-底座螺杆孔，19-底座滚珠导轨，20-对称刻度，21-预制裂纹岩石试样，22-预制裂纹。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或者位置，仅是为了便于和简化描述本专利。
如图1至图4b所示，本实用新型提供一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具，包括底座8、副载板5、上压头6、下压头7和固定压头10，底座8的四个端部安装有螺杆2，副载板5能够在螺杆上移动并通过螺母3紧固，底座8两端上表面设有凹槽9，凹槽9之间的底座前后两侧设置有底座轨道，底座轨道内排列设置有底座滚珠导轨19，底座轨道内活动连接有两个下压头7，下压头7上设置有与底座轨道形状相契合的凸形滑15块；
副载板5的上表面和下表面的中部相对称的安装有固定压头10，副载板5上表面的固定压头10上方用于与伺服压力机的加载压头1接触，副载板的前后两侧设有副载板轨道，副载板轨道内排列设置有副载板滚珠导轨13，副载板轨道内活动连接有两个上压头6，上压头6上设置有与副载板轨道形状相契合的凸形滑块15；上压头6中部设有螺纹孔16，副载板5两端中部设有螺纹孔12，通过螺钉4、螺纹孔16和螺纹孔12可实现对上压头的固定；
副载板5和底座8的同一侧分别相对应的均设置有对称刻度14和对称刻度20；副载板5与底座8的规格尺寸一致，上压头与副载板固定时，上压头6位于凹槽9的正上方。
上压头6和下压头7均由长方体形状的压块和半圆柱形状的压体17组成，压体17的两端固定安装压块，压块上相对应安装有所述凸形滑块15；固定压头10为半圆柱形结构；压体17的半圆柱直径大于固定压头10的半圆柱直径。
实施例1—三点弯曲I型断裂试验：
基于伺服压力机加载系统，采用本实用新型夹具测试岩石断裂韧度。包括以下步骤：
步骤101、如图1所示，首先将本实用新型夹具进行组装，将四根螺杆2插入如图4b所示底座螺杆孔18中，并用四个螺母3固定；
步骤102、分别再取四个螺母3从螺杆2另一端旋入至同一高度，将如图2a和图2b所示副载板螺杆孔11沿着螺杆2插入到该四个螺母3上部，再次取用四个螺母3将副载板5固定；
步骤103、如图3a和图3b所示，将两个上压头6的凸形滑块15沿着如图2a和图2b所示副载板滚珠导轨13端部，滑入至副载板5两侧，将副载板螺纹孔12与上压头螺纹孔16对齐，用螺钉4固定；
步骤104、如图3a和图3b所示，将两个下压头7的凸形滑块15从底座凹槽9处，沿着如图4a和图4b所示底座滚珠导轨19端部，滑入至底座8两侧，本实用新型夹具组装完成如图1所示，可测岩石试样的长度范围为100～400mm，宽度范围为40～200mm，厚度范围为40～200mm，满足国内外建议测试尺寸要求；
步骤105、将预制裂纹岩石试样21放在下压头7上，预制裂纹22与底座对称刻度20的0刻度对齐，底部跨距可滑动下压头7，根据底座对称刻度20调至要求跨距；
步骤106、将如图1所示副载板5下端螺母3旋至底部，因为副载板螺杆孔11直径大于螺杆2直径，所以加载时两者之间不会产生摩擦；
步骤107、预制裂纹岩石试样21与副载板5上的固定压头10接触，上压头6已固定且与底座凹槽9对齐，保证了上压头6不与预制裂纹岩石试样21接触，可实现如图5a和图5b所示三点弯曲I型断裂试验；
步骤108、将步骤105下压头7调至三点弯曲I型断裂试验要求跨距，启动伺服压力机加载压头1按照设定加载速率加压，当预制裂纹岩石试样21破坏时，可按下述公式计算岩石三点弯曲I型断裂韧度KIC：
式中：S为岩石试样底部跨距，P为峰值荷载，a为预制裂纹长度，W、t分别为预制裂纹岩
石试样宽度和厚度，
为预制裂纹相对长度因子。
实施例2-四点弯曲I型断裂试验：
基于伺服压力机加载系统，采用本实用新型夹具测试岩石断裂韧度。包括以下步骤：
步骤201、如图1所示，首先将本实用新型夹具进行组装，将四根螺杆2插入如图4b所示底座螺杆孔18中，并用四个螺母3固定；
步骤202、分别将四个螺母3从螺杆2另一端旋入至同一高度，将如图2a和图2b所示副载板螺杆孔11沿着螺杆2插入到该四个螺母3上部，再用四个螺母3将副载板5固定；
步骤203、如图3a和图3b所示，将两个上压头6的凸形滑块15沿着如图2所示副载板滚珠导轨13端部，滑入至副载板5两侧，将副载板螺纹孔12与上压头螺纹孔16对齐，用螺钉4固定；
步骤204、如图3a和图3b所示，将两个下压头7的凸形滑块15从底座凹槽9处沿着如图4a和图4b所示底座滚珠导轨19端部，滑入至底座8两侧，本实用新型夹具组装完成如图1所示，可测岩石试样的长度范围为100～400mm，宽度范围为40～200mm，厚度范围为40～200mm，满足国内外建议测试尺寸要求；
步骤205、将预制裂纹岩石试样21放在下压头7上，预制裂纹22与底座对称刻度20的0刻度对齐，底部跨距可滑动下压头7，根据底座对称刻度20调至要求跨距；
步骤206、将如图1所示副载板5的螺钉4卸除，此时上压头6解除固定约束，顶部跨距可滑动上压头6，根据副载板对称刻度14调至要求跨距，因为上压头6的半圆柱压体17大于固定压头10，保证了固定压头10不与预制裂纹岩石试样21接触；
步骤207、将如图1所示副载板5下端螺母3旋至底部，因为副载板螺杆孔11直径大于螺杆2直径，所以加载时两者之间不会产生摩擦，预制裂纹岩石试样21与上压头6接触，可实现如图6a和图6b所示四点弯曲I型断裂试验；
步骤208、将步骤205所述下压头7和步骤ⅵ所述上压头6调至四点弯曲I型断裂试验要求跨距，启动伺服压力机加载压头1按照设定加载速率加压，当预制裂纹岩石试样21破坏时，可按下述公式计算岩石I型断裂韧度KIC：
式中：S1为预制裂纹岩石试样底部支撑点到预制裂纹的水平跨距，S2为预制裂纹岩石试样顶部加载点到预制裂纹的水平跨距，P为峰值荷载，a为预制裂纹长度，W、t分别为预制裂纹岩石试样宽度和厚度，
为预制裂纹相对长度因子。
实施例3-四点弯曲II型断裂试验：
基于伺服压力机加载系统，采用本实用新型夹具测试岩石断裂韧度。包括以下步骤：
步骤301、如图1所示，首先将本实用新型夹具进行组装，将四根螺杆2插入如图4b所示底座螺杆孔18中，并用四个螺母3固定；
步骤302、分别将四个螺母3从螺杆2另一端旋入至同一高度，将如图2a和图2b所示副载板螺杆孔11沿着螺杆2插入到该四个螺母3上部，再用四个螺母3将副载板5固定；
步骤303、如图3a和图3b所示，将两个上压头6的凸形滑块15沿着如图2a和图2b所示副载板滚珠导轨13端部，滑入至副载板5两侧，将副载板螺纹孔12与上压头螺纹孔16对齐，用螺钉4固定；
步骤304、如图3a和图3b所示，将两个下压头7的凸形滑块15从底座凹槽9处沿着如图4a和图4b所示底座滚珠导轨19端部，滑入至底座8两侧，本实用新型夹具组装完成如图1所示，可测岩石试样的长度范围为100～400mm，宽度范围为40～200mm，厚度范围为40～200mm，满足国内外建议测试尺寸要求；
步骤305、将预制裂纹岩石试样21放在下压头7上，预制裂纹22与底座对称刻度20的0刻度对齐，底部跨距可滑动下压头7，根据底座对称刻度20调至要求跨距；
步骤306、将如图1所示副载板5的螺钉4卸除，此时上压头6解除固定约束，顶部跨距可滑动上压头6，根据副载板对称刻度14调至要求跨距，因为上压头6的半圆柱压头17大于固定压头10，保证了固定压头10不与预制裂纹岩石试样21接触；
步骤307、将如图1所示副载板5下端螺母3旋至底部，因为副载板螺杆孔11直径大于螺杆2直径，所以加载时两者之间不会产生摩擦，预制裂纹岩石试样21与上压头6接触，可实现如图7a和图7b所示四点弯曲II型断裂试验；
步骤308、将步骤305所述下压头7和步骤ⅵ所述上压头6调至四点弯曲II型断裂试验要求跨距，启动伺服压力机加载压头1按照设定加载速率加压，当预制裂纹岩石试样21破坏时，可按下述公式计算岩石II型断裂韧度KIIC：
式中：S1、S2分别为底部支撑点或顶部加载点到预制裂纹的水平短跨距和长跨距，P为峰值荷载，a为预制裂纹长度，W、t分别为预制裂纹岩石试样宽度和厚度，YII为无量纲几何因子，可由有限元程序计算得出。
本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具，其特征在于，包括底座、副载板、上压头、下压头和固定压头，所述底座两端设有支撑杆和固定件，所述副载板能够在所述支撑杆上移动并通过所述固定件紧固，所述底座两端上表面设有凹槽，凹槽之间的底座两侧设置有底座轨道，所述底座轨道内排列设置有底座滚珠导轨，所述底座轨道内活动连接有两个所述下压头，所述下压头上设置有与所述底座轨道形状相契合的凸形滑块；
所述副载板的上表面和下表面的中部相对称的安装有所述固定压头，副载板的两侧设有副载板轨道，所述副载板轨道内排列设置有副载板滚珠导轨，所述副载板轨道内活动连接有两个所述上压头，所述上压头上设置有与所述副载板轨道形状相契合的凸形滑块；所述上压头中部设有连接孔，所述副载板两端中部设有螺纹孔，通过螺钉和所述连接孔及螺纹孔用于实现对上压头的固定；
所述底座和副载板的同一侧相对应的均设置有对称刻度；所述副载板与底座的规格尺寸一致，所述上压头与副载板固定时，上压头位于凹槽的正上方。
2.根据权利要求1所述一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具，其特征在于，所述上压头和下压头均由长方体形状的压块和半圆柱形状的压体组成，压体的两端固定安装所述压块，所述压块上相对应安装有所述凸形滑块；所述固定压头为半圆柱形结构；所述压体的半圆柱直径大于固定压头的半圆柱直径。
Priority Applications (1)
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| CN202021103354.6U CN212483143U (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具 |
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| CN202021103354.6U CN212483143U (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具 |
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| CN202021103354.6U Active CN212483143U (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具 |
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| CN (1) | CN212483143U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111579361A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-08-25 | 天津大学 | 一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具及方法 |
| CN113295509A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 五邑大学 | 一种应用于弯曲试验的一体式夹具 |
| CN113358473A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-07 | 重庆交通大学 | 一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置 |
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2020
- 2020-06-16 CN CN202021103354.6U patent/CN212483143U/zh active Active
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| CN111579361A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-08-25 | 天津大学 | 一种用于岩石三点弯曲和四点弯曲的试验夹具及方法 |
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| CN113358473A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-07 | 重庆交通大学 | 一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置 |
| CN113358473B (zh) * | 2021-06-21 | 2023-10-27 | 重庆交通大学 | 一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置 |
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