CN218974014U - 一种三向应力加载可视化模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三向应力加载可视化模块，包括前后左右上下对称的六个加载杆，六个加载杆相互靠近的一端均活动连接有可视化定位组件，所述可视化定位组件包括压板，压板靠近加载杆的一侧面固设有四个安装板，四个安装板之间交错连接有第一定位框和第二定位框，第一定位框位于第二定位框和压板之间，加载杆位于第一定位框与第二定位框交错形成的空间内；加载杆靠近压板一端固设有连接板，连接板位于压板与第一定位框之间；且加载杆、压板、安装板、第一定位框、第二定位框和连接板均为透明材质；每个加载杆内均嵌设有摄像头。本实用新型可实现岩石的真三轴可视化三维加载，且加载端可随着试样的形变做出反应，使试样的各表面都能被全部包裹。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩石类材料力学实验测试仪器技术领域，尤其涉及一种三向应力加载可视化模块。
背景技术
在实际的深地下岩石工程中，地下围岩在开挖前处于复杂的三维应力场中，岩体的破坏通常是由于其所赋存的应力状态发生改变引起的，因此，三向应力状态下岩体的力学特性研究已经成为岩石力学与工程界亟需解决的难点问题。传统的三轴试验一般都是在轴对称的应力条件下进行的，中间主应力等于最大或最小主应力，岩体所处的地质环境往往非常复杂，其应力状态也是复杂多变的，传统三轴试验所得到的力学指标无法反映岩体工程的实际受荷情况。而岩石的真三轴加载试验，通过三向应力的独立变化，可以研究中间主应力对岩体强度和变形的影响，模拟岩石所处的真实地质环境，成为岩石室内力学试验研究发展的必然趋势。
公开号为CN101477004 B的发明专利中公开了一种携带式真三轴仪，垂直方向加载系统有四根立柱，其上端与上板连接，下端与下板连接，垂直油缸与上板连接，Y方向加载系统有对称的X方向的两个夹具各与两根立柱连接，一夹具与第一水平油缸或压力传感器连接，另一夹具与加力手轮连接，有两根Y方向的对称的拉杆各与两根立柱连接，X方向加载系统有底板位于下板上与其连接，底板两端各有一个立板，两立板相平行，二或四根X方向的水平柱分别与两立板的两端连接，一个立板上有第二水平油缸，另一个立板与第一圆柱体螺纹连接。该真三轴仪解决了已有仪器体积大、笨重、搬运和装配不便、功能单一的问题，但是该真三轴仪无法与数字图像结合的测试设备，主要的限制瓶颈是真三轴加载过程中，长方体岩石试样的三向六个侧面均是与真三轴加载杆完全接触，而无法采用高分辨率相机进行实时追踪；此外，该真三轴仪无法随着试样的形变做出及时的反应，使实验过程中试样的各个表面都能被全部包裹。
发明内容
针对上述存在的问题，本实用新型旨在提供一种三向应力加载可视化模块，实现了岩石的真三轴的可视化三维加载，且加载端可以随着试样的形变做出反应，使试样的各个表面都能被全部包裹。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种三向应力加载可视化模块，包括前后左右上下对称的六个加载杆，其特征在于：六个所述加载杆相互靠近的一端均活动连接有用于对试样进行固定和观察的可视化定位组件；所述加载杆为透明材质，且每个所述加载杆内均嵌设有摄像头。
进一步的，所述可视化定位组件包括压板，所述压板靠近所述加载杆的一侧面固设有四个安装板，四个所述安装板之间交错连接有第一定位框和第二定位框，所述第一定位框位于所述第二定位框和所述压板之间，所述加载杆位于所述第一定位框与所述第二定位框交错形成的空间内；所述加载杆靠近所述压板一端固设有连接板，所述连接板位于所述压板与所述第一定位框之间；且所述压板、安装板、第一定位框、第二定位框和所述连接板均为透明材质。
进一步的，其中两个相对的安装板上对称开设有第一安装通孔，另外两个相对的安装板上对称开设有第二安装通孔，所述第一安装通孔和第二安装通孔上下或前后或左右错开；两个所述第一安装通孔之间活动连接有所述第一定位框，两个所述第二安装通孔之间活动连接有所述第二定位框。
进一步的，每个所述第一安装通孔内均设有两个第一连接杆，所述第一定位框与所述第一安装通孔连接的一端开设有两个第一滑动槽，所述第一连接杆的端部位于对应的第一滑动槽内，每个所述第一连接杆上均套设有第一复位弹簧，所述第一复位弹簧的一端与所述第一安装通孔的侧壁连接，所述第一复位弹簧的另一端与相互对应的第一定位框固定连接。
进一步的，每个所述第二安装通孔内均设有两个第二连接杆，所述第二定位框与所述第二安装通孔连接的一端开设有两个第二滑动槽，所述第二连接杆的端部位于对应的第二滑动槽内，每个所述第二连接杆上均套设有第二复位弹簧，所述第二复位弹簧的一端与所述第二安装通孔的侧壁连接，所述第二复位弹簧的另一端与相互对应的第二定位框固定连接。
本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于，
1、本实用新型的三向应力加载可视化模块在六个加载杆的端部均设有可视化定位组件，加载杆在将两个方向的作用力传递至压板时，由于加载杆和可视化定位组件均采用透明材质，通过加载杆内部嵌设的摄像头可以对岩石内部变化情况进行直观清晰的观察，较好的解决了真三轴条件下采用数字图像采集设备对岩石三向六面变形场进行实时观测的技术难题，实现了岩石的真三轴的可视化三维加载。
2、本实用新型的三向应力加载可视化模块中可视化定位组件采用六个加载杆连接六个可视化定位组件对试样进行加载，加载端可以随着试样的形变做出反应，使试样的各个表面都能被全部包裹。
3、本实用新型的三向应力加载可视化模块中可视化定位组件通过第一定位框、第二定位框和压板之间的相互作用实现对加载杆的连接，第一定位框和第二定位框滑动套设在对应的第一连接杆和第二连接杆上，第一定位框和第二定位框与对应的安装板之间还分别对应设有第一复位弹簧和第二复位弹簧，由于压板的尺寸大于试样截面的尺寸，所以六个压板贴紧试样后是互相交错的，加载杆就不在压板的中心位置，而是偏离压板的中心，两个等长的复位弹簧一个受到压缩一个受到拉长，产生一个把定位框往中心拉动的力，而定位框又卡在加载杆上，加载杆位置不变，所以加载杆就会给压板一个往中心靠的力，从而使六个压板紧密地贴合在一起，且六个加载杆的作用力方向能够交于一点。
附图说明
图1为本实用新型三向应力加载可视化模块整体结构示意图。
图2为本实用新型三向应力加载可视化模块整体结构主视图。
图3为本实用新型三向应力加载可视化模块整体结构爆炸图。
图4为本实用新型可视化定位组件结构爆炸图。
图5为本实用新型可视化定位组件内部结构剖视图。
图6为本实用新型第一定位框内部结构示意图。
图7为本实用新型可视化定位组件侧面结构示意图。
图8为本实用新型可视化定位组件后部结构示意图。
图9为本实用新型第一定位框结构示意图。
其中：1-加载杆，2-可视化定位组件，201-压板，202-安装板，203-第一安装通孔，2031-第一连接杆，2032-第一复位弹簧，204-第二安装通孔，2041-第二连接杆，2042-第二复位弹簧，205-第一定位框，2051-第一滑动槽，206-第二定位框，2061-第二滑动槽，207-连接板，3-试样。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。
参照附图1-9所示的一种三向应力加载可视化模块，包括前后左右上下对称的六个加载杆1，六个所述加载杆1相互靠近的一端均活动连接有用于对试样3进行固定和观察的可视化定位组件2；所述加载杆1为透明材质，且每个所述加载杆1内均嵌设有摄像头(图中为示出)，六个加载杆1的自由端可连接动力机构，动力机构可采用液压杆或者其他能够带动加载杆1或上下或前后或左右移动的机构均可，如采用液压杆时，液压杆的输出端与加载杆1的自由端连接，通过液压杆可带动加载杆1移动，从而便于对试样3进行取放。
具体的，所述可视化定位组件2包括压板201，所述压板201靠近所述加载杆1的一侧面固设有四个安装板202，所述压板201和四个安装板202之间形成一个类似于具有开口的盒型结构，且四个所述安装板202之间交错连接有第一定位框205和第二定位框206，所述第一定位框205位于所述第二定位框206和所述压板201之间，所述加载杆1位于所述第一定位框205与所述第二定位框206交错形成的空间内；所述加载杆1靠近所述压板201一端固设有连接板207，所述连接板207位于所述压板201与所述第一定位框205之间；且所述连接板207的尺寸大于所述第一定位框205与所述第二定位框206交错形成的空间尺寸；通过第一定位框205、第二定位框206和压板201对加载杆1和连接板207进行连接，且加载杆1可随着第一定位框205和第二定位框206的移动而发生移动；且所述压板201、安装板202、第一定位框205、第二定位框206和所述连接板207均为透明高强材质，便于加载杆1内嵌设的摄像头进行拍摄观察。
进一步的，其中两个相对的安装板202上对称开设有第一安装通孔203，另外两个相对的安装板202上对称开设有第二安装通孔204，所述第一安装通孔203和第二安装通孔204上下或前后或左右错开，且所述第一安装通孔203更靠近压板201；两个所述第一安装通孔203之间活动连接有所述第一定位框205，两个所述第二安装通孔204之间活动连接有所述第二定位框206。
每个所述第一安装通孔203内均设有两个第一连接杆2031，所述第一定位框205与所述第一安装通孔203连接的一端开设有两个第一滑动槽2051，所述第一连接杆2031的端部位于对应的第一滑动槽2051内，每个所述第一连接杆2031上均套设有第一复位弹簧2032，所述第一复位弹簧2032的一端与所述第一安装通孔203的侧壁连接，所述第一复位弹簧2032的另一端与相互对应的第一定位框205固定连接。
每个所述第二安装通孔204内均设有两个第二连接杆2041，所述第二定位框206与所述第二安装通孔204连接的一端开设有两个第二滑动槽2061，所述第二连接杆2041的端部位于对应的第二滑动槽2061内，每个所述第二连接杆2041上均套设有第二复位弹簧2042，所述第二复位弹簧2042的一端与所述第二安装通孔204的侧壁连接，所述第二复位弹簧2042的另一端与相互对应的第二定位框206固定连接。加载杆1在随着或上下或左右或前后移动时，可对试样3进行对中固定。
本实用新型的三向应力加载可视化模块的工作原理：该三向应力加载可视化模块在使用时，通过液压杆(或者其他能够起到相似功能的机构)对六个加载杆1的自由端分别进行连接，先同步移动垂直方向的两个加载杆1，使其对应连接的两个压板101对试样3的顶面和底面进行固定，此时试样3在水平方向与水平方向的四个加载杆1保持同一高度；然后同步移动水平方向的四个加载杆1移动，对试样3的前后左右进行固定；
由于压板201的尺寸大于试样3截面的尺寸，所以六个压板201贴紧试样3后是互相交错的，加载杆1就不在压板201的中心位置，而是偏离压板201的中心，相互对应的第一定位框205或者第二定位框206两端的第一复位弹簧2032或者第二复位弹簧2042一个受到压缩一个受到拉长，产生一个把第一定位框205或者第二定位框206往中心拉动的力，而第一定位框205和第二定位框206卡在加载杆1上，加载杆1位置不变，所以加载杆3就会给压板201一个往中心靠的力，从而使六个压板201紧密地贴合在一起，且六个加载杆1的作用力方向能够交于一点。
加载杆1与液压杆固定连接，随着液压杆的伸缩而移动，第一复位弹簧2032和第二复位弹簧2042在压板201与试样3贴合后就发生变形，随着试样3尺寸的变化拉动第一定位框205和第二定位框206，最终使六个压板201随着试样3的尺寸变化依旧能紧密贴合，将试样3完整地包裹于其中。
对试样3施加三轴加载作用力，通过加载杆1内嵌设的摄像头观察试样3的变化情况。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种三向应力加载可视化模块，包括前后左右上下对称的六个加载杆(1)，其特征在于：六个所述加载杆(1)相互靠近的一端均活动连接有用于对试样(3)进行固定和观察的可视化定位组件(2)；所述加载杆(1)为透明材质，且每个所述加载杆(1)内均嵌设有摄像头；
所述可视化定位组件(2)包括压板(201)，所述压板(201)靠近所述加载杆(1)的一侧面固设有四个安装板(202)，四个所述安装板(202)之间交错连接有第一定位框(205)和第二定位框(206)，所述第一定位框(205)位于所述第二定位框(206)和所述压板(201)之间，所述加载杆(1)位于所述第一定位框(205)与所述第二定位框(206)交错形成的空间内；所述加载杆(1)靠近所述压板(201)一端固设有连接板(207)，所述连接板(207)位于所述压板(201)与所述第一定位框(205)之间；且所述压板(201)、安装板(202)、第一定位框(205)、第二定位框(206)和所述连接板(207)均为透明材质。
2.根据权利要求1所述的一种三向应力加载可视化模块，其特征在于：其中两个相对的安装板(202)上对称开设有第一安装通孔(203)，另外两个相对的安装板(202)上对称开设有第二安装通孔(204)，所述第一安装通孔(203)和第二安装通孔(204)上下或前后或左右错开；两个所述第一安装通孔(203)之间活动连接有所述第一定位框(205)，两个所述第二安装通孔(204)之间活动连接有所述第二定位框(206)。
3.根据权利要求2所述的一种三向应力加载可视化模块，其特征在于：每个所述第一安装通孔(203)内均设有两个第一连接杆(2031)，所述第一定位框(205)与所述第一安装通孔(203)连接的一端开设有两个第一滑动槽(2051)，所述第一连接杆(2031)的端部位于对应的第一滑动槽(2051)内，每个所述第一连接杆(2031)上均套设有第一复位弹簧(2032)，所述第一复位弹簧(2032)的一端与所述第一安装通孔(203)的侧壁连接，所述第一复位弹簧(2032)的另一端与相互对应的第一定位框(205)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种三向应力加载可视化模块，其特征在于：每个所述第二安装通孔(204)内均设有两个第二连接杆(2041)，所述第二定位框(206)与所述第二安装通孔(204)连接的一端开设有两个第二滑动槽(2061)，所述第二连接杆(2041)的端部位于对应的第二滑动槽(2061)内，每个所述第二连接杆(2041)上均套设有第二复位弹簧(2042)，所述第二复位弹簧(2042)的一端与所述第二安装通孔(204)的侧壁连接，所述第二复位弹簧(2042)的另一端与相互对应的第二定位框(206)固定连接。
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