專利名稱：土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土工合成材料雙向拉伸蠕變性能測試裝置，屬于材料性能試驗技
術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，對于土工合成材料蠕變力學(xué)性能的測試，一直采用簡單的單向拉伸試驗進行，其試驗結(jié)果與材料在工程使用中的真實應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)相差較大，無法用來準確地反映土工合成材料在長期拉伸荷載作用下的蠕變力學(xué)性能。 在相近領(lǐng)域的板殼類材料的拉伸試驗中，有進行雙向拉伸的實驗方法，其中，十字形拉伸法是最直觀、最可靠的一種，最能直接反映板殼類材料雙向受力狀態(tài)的方法。十字形拉伸試驗裝置主要有機械式和液壓式兩種。機械式雙向拉伸試驗裝置主要是借助于萬能試驗機來施加荷載，無法實現(xiàn)雙軸任意應(yīng)力應(yīng)變比例的拉伸，且裝置拉伸范圍較小，只能做小變形拉伸試驗，不適用于土工合成材料產(chǎn)生大變形情況下的測試。液壓式雙向拉伸試驗裝置通過液壓控制來施加雙軸的拉伸荷載，液壓控制要保持雙軸拉力相等或成一定比例非常困難，尤其進行小噸位拉伸試驗時，會產(chǎn)生較大誤差；此外，在進行材料長時間的蠕變試驗時，液壓驅(qū)動不能保證拉伸荷載的長期穩(wěn)定性和可靠性。 土工合成材料蠕變試驗通常需要采用較大的試樣尺寸以消除邊界效應(yīng)的影響，此外土工合成材料多為柔性材料在拉伸時易產(chǎn)生較大變形，因此要求試驗裝置有很大范圍的拉伸空間，機械式雙向拉伸試驗裝置無法實現(xiàn)大試樣大變形的蠕變試驗。土工合成材料變形模量較小， 一般只需要小噸位的拉伸荷載，小噸位拉伸試驗時使用液壓式雙向拉伸試驗裝置時會產(chǎn)生較大誤差，并且土工合成材料蠕變試驗歷時長達數(shù)月，液壓驅(qū)動不能保證拉伸荷載的長期穩(wěn)定性和可靠性。因此，現(xiàn)有板殼類材料的雙向拉伸試驗儀器均無法直接用來進行土工合成材料的雙向拉伸蠕變試驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工作效率高、性能穩(wěn)定，能夠滿足復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變路徑下雙向拉伸大變形蠕變試驗的測試儀。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺和設(shè)置在所述主機架平臺上的十字形拉伸試驗裝置，十字形試樣位于平臺中心，其特征在于所述十字形拉伸試驗裝置包括夾持裝置、導(dǎo)向裝置、位移傳感器和施力裝置，所述夾持裝置為四組，夾持著放置在所述十字形拉伸試驗裝置中間的試件的四個邊，并分別通過鋼索與設(shè)置在所述十字形拉伸試驗裝置的四個端部的施力裝置連接；所述導(dǎo)向裝置為四組，在拉力荷載的牽引下，四組夾持裝置可分別沿著四組導(dǎo)向裝置向施力裝置方向滑動；所述位移傳感器為四組，分別設(shè)置在所述夾持裝置與所述施力裝置之間，位移傳感器的一端與固定夾板相連，用來測量試樣的拉伸位移，位移傳感器的另一端連接到施力裝置上，對試樣施加拉伸荷載。此加載方法簡單、易行，在長期蠕變試驗中比用液壓和電機驅(qū)動的荷載施性。 本發(fā)明中的夾持裝置的可以選用任何常規(guī)的夾具，優(yōu)選方案為每組夾持裝置包 括固定夾板和活動夾板，通過螺栓錨固。 為了使試樣在夾持中受力均勻，所述固定夾板和所述活動夾板的夾口為正弦波 形。 本發(fā)明中，每組導(dǎo)向裝置包括通過滾輪軸座設(shè)置在對應(yīng)夾持裝置底端的滾輪，以 及與滾輪配合的導(dǎo)軌。每組導(dǎo)向裝置中的滾輪為兩個，對稱設(shè)置在每組夾持裝置底端的兩 側(cè)；所述導(dǎo)軌為兩條，相互之間平行。在對稱拉伸荷載作用下，滾輪將沿兩個導(dǎo)軌滾動，牽引 著試樣在兩個主軸方向上變形，試樣中心的位置保持不變。 每組位移傳感器通過數(shù)據(jù)線與采集儀表以及裝有數(shù)據(jù)采集軟件的計算機相連。在
進行材料的蠕變試驗時，數(shù)據(jù)采集時間間隔長，可以直接在數(shù)據(jù)采集儀表上讀取。在進行材
料瞬時雙向拉伸試驗時，數(shù)據(jù)采集時間間隔較短，可將數(shù)據(jù)采集儀表連接到計算機中的數(shù)
據(jù)采集軟件，軟件可自動采集實時位移，并根據(jù)施加的拉伸應(yīng)力繪制應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。 所述施力裝置包括滑輪組和砝碼，鋼索繞過滑輪組下軸承和滑輪組上軸承后與砝
碼連接。通過改變兩個方向的砝碼重量來實現(xiàn)雙軸的任意應(yīng)力比，豎直向的砝碼重力通過
轉(zhuǎn)向滑輪組轉(zhuǎn)變成平臺上的水平向拉力。轉(zhuǎn)向滑輪組實現(xiàn)了拉伸應(yīng)力從豎直向到水平向的
轉(zhuǎn)變，從而為試樣在水平向的大變形提供了更多的空間，這樣可以減小平臺的平面尺寸。比
拉伸荷載和試樣變形在同一個方向的拉伸試驗裝置更適合進行土工合成材料的大變性試驗。 為了使試樣在雙軸方向保持任意的應(yīng)變比例，實現(xiàn)任意復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變路徑下的雙 向拉伸，需要在試驗中試樣變形達到任意延伸率時對拉伸進行制動，因而在滑輪組上設(shè)置 了制動裝置。 本發(fā)明中的制動裝置可以采用本領(lǐng)域中通用的任何合適的制動裝置，優(yōu)選方案 為所述制動裝置包括制動盤和偏心制動手柄，所述制動盤由套在滑輪組上軸承的輪軸上 并包住軸承外沿的兩片圓形鋼盤組成，兩片鋼盤間設(shè)有彈簧使在滑輪組上軸承的外沿未完 全靠攏而是留有狹槽，所述偏心制動手柄按照常規(guī)方法設(shè)置在滑輪組上軸承的端部。鋼索 繞過滑輪組上軸承外沿并位于兩片鋼盤間的狹槽中，當向上扳動偏心制動手柄時，兩片鋼 盤間的彈簧受到壓縮，兩片鋼盤就互相靠攏并壓緊鋼索，從而實現(xiàn)制動。當向下扳動偏心制 動手柄時，兩片鋼盤間的彈簧回彈，兩片鋼盤分開，鋼索可以繞軸承自由移動，兩片鋼盤材 料的硬度要小于鋼索的硬度，以免制動中對鋼索造成損傷。此制動開關(guān)可在試驗中試樣變 形達到任意延伸率時對拉伸進行制動。 為充分利用空間，提高蠕變試驗效率，所述主機架平臺為上、中、下三層，三個平臺 均為關(guān)于試樣對稱的方形框架結(jié)構(gòu)，每層平臺大小及結(jié)構(gòu)布置相同，三層平臺上的導(dǎo)軌長 度依次減小，充分利用空間，可以同時進行三組試驗，互不干擾。三層平臺均為角鋼連接而 成的方形框架結(jié)構(gòu)。 在試驗前要對拉伸荷載進行校核。傳遞拉伸荷載的鋼索纏繞在滑輪組上時會產(chǎn)生 摩擦力，試樣夾持及導(dǎo)向裝置中的滾輪與導(dǎo)軌之間也存在一定摩擦力。采用如下方式可消 除兩種摩擦力帶來的誤差。首先用位移傳感器代替試樣，分別連接在同一方向上的兩個夾 具上，然后，施加不同重量的砝碼，得到各種砝碼對應(yīng)下的真實拉伸力。如此可得到砝碼重
4量和拉伸力之間對應(yīng)的關(guān)系曲線。試驗中可以按照需要施加的拉伸力來選擇對應(yīng)的砝碼重 試驗時，首先將試樣安裝在試驗平臺中心，在施加小量砝碼，使試樣處于平面內(nèi)初 始拉伸狀態(tài)，并將四個方向上的滑輪組全部制動。然后根據(jù)需要的拉伸力來施加對應(yīng)重量 的砝碼，并打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始記錄。最后同時打開各方向的制動開關(guān)來實現(xiàn)雙向拉伸。 通過選擇兩個方向上的砝碼重量比可以實現(xiàn)不同的拉伸應(yīng)力比；通過選擇試樣在兩個方向 上達到某一位移比時刻來制動滑輪組可以實現(xiàn)不同的應(yīng)變比。
本發(fā)明的有益效果為 1、本發(fā)明裝置可實現(xiàn)雙向拉伸荷載作用下進行任意復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變加載路徑下的
蠕變試驗，比起簡單的單向拉伸試驗更接近工程實際中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。 2、本發(fā)明裝置充分利用主機架平臺立體空間，設(shè)置三層平臺可以同時進行三組試
驗，互不干擾，有效解決了蠕變試驗耗時長，效率低問題。 3、本發(fā)明裝置中拉伸荷載使用砝碼施加，而不是用液壓或電機驅(qū)動應(yīng)力加載，這
樣在長時間的蠕變試驗中，保證拉伸荷載具有較高的長期穩(wěn)定性和可靠性。 4、本發(fā)明裝置利用轉(zhuǎn)向滑輪裝置將豎直向的砝碼重力荷載轉(zhuǎn)變成平臺上的水平
拉伸拉力，使試樣具有更大的拉伸變形空間，適合進行土工合成材料的大變形雙向拉伸試驗。


圖l為本發(fā)明裝置主視圖。
圖2為本發(fā)明裝置俯視圖。 圖3為本發(fā)明裝置中夾持部及導(dǎo)向裝置局部示意圖。
圖4為本發(fā)明裝置中夾持部及導(dǎo)向裝置局部俯視圖。
圖5為本發(fā)明裝置中數(shù)據(jù)測量及采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明裝置中施力裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明裝置中制動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實施例的方式，對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明
的保護范圍不局限于所述實施例。 實施例1 土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺1和設(shè)置在所述主機架平臺 1上的十字形拉伸試驗裝置2，所述主機架平臺1為三層，每層平臺大小及結(jié)構(gòu)布置相同，所 述十字形拉伸試驗裝置2包括夾持裝置3、導(dǎo)向裝置4、位移傳感器5和施力裝置6 ;
所述夾持裝置4為四組，每組夾持裝置3包括固定夾板9和活動夾板10，通過螺栓 11錨固；所述固定夾板9和所述活動夾板10的夾口為正弦波形；夾持裝置4夾持著放置在 所述十字形拉伸試驗裝置2中間的試件7的四個邊，并分別通過鋼索8與設(shè)置在所述十字 形拉伸試驗裝置2的四個端部的施力裝置6連接； 所述導(dǎo)向裝置4為四組，四組夾持裝置3可分別沿著四組導(dǎo)向裝置4向施力裝置6方向滑動；每組導(dǎo)向裝置4包括通過滾輪軸座12設(shè)置在對應(yīng)夾持裝置底端的滾輪13，以 及與滾輪13配合的導(dǎo)軌14 ;每組導(dǎo)向裝置中的滾輪13為兩個，對稱設(shè)置在固定夾板9底 端的兩側(cè)；所述導(dǎo)軌14為兩條，相互之間平行； 所述位移傳感器5為四組，分別設(shè)置在所述夾持裝置3與所述施力裝置6之間；每 組位移傳感器5通過數(shù)據(jù)線15與采集儀表16以及裝有數(shù)據(jù)采集軟件的計算機17相連；
所述施力裝置包括滑輪組18， 19和砝碼20，鋼索8繞過滑輪組下軸承18和滑輪組 上軸承19后與砝碼20連接；滑輪組18， 19上還設(shè)置有制動裝置，所述制動裝置包括制動盤 21和偏心制動手柄22，所述制動盤21由套在滑輪組上軸承19的輪軸上并包住軸承外沿的 兩片圓形鋼盤組成，兩片鋼盤間設(shè)有彈簧使在滑輪組上軸承的外沿未完全靠攏而是留有狹 槽，所述偏心制動手柄22設(shè)置在滑輪組上軸承19的端部。
權(quán)利要求
土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺(1)和設(shè)置在所述主機架平臺(1)上的十字形拉伸試驗裝置(2)，其特征在于所述十字形拉伸試驗裝置(2)包括夾持裝置(3)、導(dǎo)向裝置(4)、位移傳感器(5)和施力裝置(6)，所述夾持裝置(4)為四組，夾持著放置在所述十字形拉伸試驗裝置(2)中間的試件(7)的四個邊，并分別通過鋼索(8)與設(shè)置在所述十字形拉伸試驗裝置(2)的四個端部的施力裝置(6)連接；所述導(dǎo)向裝置(4)為四組，四組夾持裝置(3)可分別沿著四組導(dǎo)向裝置(4)向施力裝置(6)方向滑動；所述位移傳感器(5)為四組，分別設(shè)置在所述夾持裝置(3)與所述施力裝置(6)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于每組夾持 裝置(3)包括固定夾板(9)和活動夾板(IO)，通過螺栓(11)錨固。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于所述固定 夾板(9)和所述活動夾板(10)的夾口為正弦波形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于每組導(dǎo)向 裝置(4)包括通過滾輪軸座(12)設(shè)置在對應(yīng)夾持裝置底端的滾輪(13)，以及與滾輪(13) 配合的導(dǎo)軌(14)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于每組導(dǎo)向 裝置中的滾輪(13)為兩個，對稱設(shè)置在每組夾持裝置(4)底端的兩側(cè)；所述導(dǎo)軌(14)為兩 條，相互之間平行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于每組位移傳感器(5)通過數(shù)據(jù)線(15)與采集儀表(16)以及裝有數(shù)據(jù)采集軟件的計算機(17)相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于所述施力 裝置包括滑輪組(18,19)和砝碼(20)，鋼索(8)繞過滑輪組下軸承(18)和滑輪組上軸承 (19)后與砝碼(20)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于滑輪組 (18,19)上還設(shè)置有制動裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特征在于所述制動 裝置包括制動盤(21)和偏心制動手柄(22)，所述制動盤(21)由套在滑輪組上軸承(19)的 輪軸上并包住軸承外沿的兩片圓形鋼盤組成，兩片鋼盤間設(shè)有彈簧使在滑輪組上軸承的外 沿未完全靠攏而是留有狹槽，所述偏心制動手柄(22)設(shè)置在滑輪組上軸承(19)的端部。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一權(quán)利要求所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其 特征在于所述主機架平臺(1)為三層，每層平臺大小及結(jié)構(gòu)布置相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺和設(shè)置在所述主機架平臺上的十字形拉伸試驗裝置，所述十字形拉伸試驗裝置包括夾持裝置、導(dǎo)向裝置、位移傳感器和施力裝置，所述夾持裝置為四組，夾持著放置在所述十字形拉伸試驗裝置中間的試件的四個邊，并分別通過鋼索與設(shè)置在所述十字形拉伸試驗裝置的四個端部的施力裝置連接；所述導(dǎo)向裝置為四組，四組夾持裝置可分別沿著四組導(dǎo)向裝置向施力裝置方向滑動；所述位移傳感器為四組，分別設(shè)置在所述夾持裝置與所述施力裝置之間。本發(fā)明裝置可實現(xiàn)雙向拉伸荷載作用下進行任意復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變加載路徑下的蠕變試驗，比起簡單的單向拉伸試驗更接近工程實際中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
文檔編號G01N3/04GK101776553SQ201019026078
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者吳海民, 姜曉楨, 曹明杰, 束一鳴, 林剛 申請人:河海大學(xué)