專利名稱：一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及材料動態(tài)力學(xué)性能的沖擊加載實驗裝置，尤其是一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨地下工程、抗震結(jié)構(gòu)以及防護工程對混凝土材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下高應(yīng)變率動態(tài)力學(xué)性能的迫切需要，急需研究一種能實現(xiàn)沖擊加載的常規(guī)三軸實驗裝置。目前常用的實驗方法是利用霍普金森壓桿及主動圍壓加載裝置，通過主動圍壓加載裝置內(nèi)的高壓液體(液壓油或水)對試件施加圍壓，而試件軸向處于自由狀態(tài)，這樣的應(yīng)力狀態(tài)與靜態(tài)常規(guī)三軸實驗相差甚遠，實驗結(jié)果也無法準確反映靜水壓對材料動態(tài)力學(xué)性能的影響。在專利號為ZL200510032031.6的發(fā)明專利中，介紹了一種動靜組合加載巖石力學(xué)實驗裝置。該裝置在已有的霍普金森壓桿主動圍壓加載裝置基礎(chǔ)上增加了軸向加載油缸，可實現(xiàn)對試件的圍壓和軸壓預(yù)加載，但分別采用兩個單獨的液壓回路施加圍壓和軸壓，無法保證預(yù)加載過程中軸壓和圍壓時刻相等。而且，該實驗裝置在透射桿遠端通過軸向油缸和吸收桿之間的剛性接觸承受軸向沖擊荷載，容易造成軸向油缸和桿件的損害。另外，目前類似設(shè)備圍壓缸容積一般較小，沖擊加載過程中試件體積變化會引起圍壓的增加，即試件并非處于恒定的圍壓狀態(tài)。申請公告號CN102331366A的專利中介紹了一種穩(wěn)壓的霍普金森桿主動圍壓裝置，利用油缸里氣囊來減小體積變化對圍壓的影響。但霍普金森桿實驗中有效加載時間只有幾百微秒，對應(yīng)著一個高頻過程，而采用帶氣囊的油缸作為蓄能器來減小管路總壓力脈動對高頻激勵是無效的，所以其穩(wěn)壓效果并不明顯。鑒于上述的諸多原因，需要改進霍普金森桿主動圍壓加載裝置。

實用新型內(nèi)容本實用新型為了解決沖擊霍普金森壓桿主動圍壓實驗中的試件預(yù)加載過程中圍壓和軸向壓不相等、沖擊加載過程中圍壓波動、以及軸向油缸剛性接觸吸收桿的軸向沖擊荷載會造成軸向油缸和桿件的損害等問題。通過合理的設(shè)計，提供一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，通過在液壓系統(tǒng)中串聯(lián)接入大容量均衡油缸同步對試件施加圍壓和軸壓，預(yù)加載過程中試件能時刻處于靜水壓狀態(tài)；采用大容量圍壓缸有效減少沖擊加載過程中圍壓缸內(nèi)油壓波動；入射桿和吸收桿夾持系統(tǒng)中分別采用了碟形彈簧，緩沖了軸向沖擊。本實用新型為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，采用如下的技術(shù)方案一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，是由高壓氣炮、撞擊桿、入射桿夾持系統(tǒng)、入射桿固定支座、入射桿碟形彈簧、入射桿卡盤、入射桿、圍壓缸裝置、高壓油管、透射桿、吸收桿、吸收桿夾持系統(tǒng)、吸收桿卡盤、吸收桿碟形彈簧、軸向油缸、緩沖支座、均衡油缸、高壓溢流閥、泵站截止閥、電動液壓泵站、手動加壓泵構(gòu)成；沖擊加載實驗裝置的中部設(shè)置圍壓缸裝置，圍壓缸裝置中部預(yù)留軸孔，圍壓缸裝置中部的孔中一側(cè)設(shè)置入射桿另一側(cè)透射桿，入射桿一端設(shè)置入射桿夾持系統(tǒng)，入射桿夾持系統(tǒng)外側(cè)對應(yīng)設(shè)置高壓氣炮，高壓氣炮中部設(shè)置撞擊桿；透射桿一端設(shè)置吸收桿，吸收桿另一端設(shè)置吸收桿夾持系統(tǒng)；吸收桿夾持系統(tǒng)的一側(cè)設(shè)置軸向油缸，軸向油缸的一側(cè)設(shè)置緩沖支座；入射桿一端設(shè)置入射桿夾持系統(tǒng)中的入射桿卡盤，入射桿卡盤一側(cè)設(shè)置入射桿碟形彈簧，入射桿碟形彈簧一側(cè)設(shè)置入射桿固定支座，入射桿固定支座外側(cè)對應(yīng)設(shè)置高壓氣炮，高壓氣炮中部設(shè)置撞擊桿；透射桿一端設(shè)置吸收桿夾持系統(tǒng)中的吸收桿卡盤，吸收桿卡盤一側(cè)設(shè)置吸收桿碟形彈簧；吸收桿碟形彈簧外側(cè)設(shè)置軸向油缸，軸向油缸的一側(cè)設(shè)置緩沖支座；圍壓缸裝置一側(cè)的聞壓氣炮、撞擊桿、入射桿夾持系統(tǒng)、入射桿，與圍壓缸裝置另一側(cè)的高壓油管、透射桿、吸收桿、吸收桿夾持系統(tǒng)、軸向油缸、緩沖支座同軸設(shè)置；沖擊加載實驗裝置的一側(cè)設(shè)置液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)中設(shè)置大容量的均衡均衡油缸，均衡油缸一側(cè)預(yù)留至少兩個孔，均衡油缸其中的一個孔與手動加壓泵之間設(shè)置高壓油管；均衡油缸其中的另一個孔與圍壓缸裝置之間設(shè)置高壓油管，高壓油管的中段設(shè)置三通，三通另一端的高壓油管與軸向油缸連接，軸向油缸與電動液壓泵站之間設(shè)置高壓油管，軸向油缸前端設(shè)置高壓溢流閥，電動液壓泵站前端設(shè)置泵站截止閥；圍壓缸裝置、軸向油缸、高壓溢流閥、泵站截止閥、電動液壓泵站、通過高壓油管串聯(lián)。有益效果合理設(shè)計，軸向油缸前端設(shè)置高壓溢流閥，入射桿和吸收桿兩端合理設(shè)計緩沖碟形彈簧，降低軸向沖擊力，保護了實驗裝置。1，能保持沖擊實驗前試件圍壓與軸壓相等，即試件處于靜水壓狀態(tài)；2，沖擊實驗過程中，試件承受軸向沖擊壓縮加載而圍壓能保持基本恒定不變；3，入射桿和吸收桿夾持系統(tǒng)中的碟形彈簧能有效緩沖和吸收軸向沖擊能量，保護實驗裝置，延長使用壽命。本實用新型的混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，是對混凝土試件先施加確定的靜水壓后，利用大直徑霍普金森壓桿對試件進行軸向沖擊，研究靜水壓和應(yīng)變率對混凝土材料高應(yīng)變率動態(tài)力學(xué)性能。本裝置也可以用于諸如巖石、土、泡沫材料等其他非均勻材料或均勻性較好的材料。本實用新型能對試件同步施加大小相等的圍壓和軸向靜壓，試件在沖擊加載前處于靜水壓狀態(tài)；沖擊加載過程中試件所承受圍壓能保持恒定。本實用新型主要由高壓氣炮、撞擊桿、入射桿夾持系統(tǒng)、入射桿、圍壓缸裝置、高壓油管、透射桿、吸收桿、吸收桿夾持系統(tǒng)、軸向油缸、緩沖支座、均衡油缸、高壓溢流閥、泵站截止閥、電動液壓泵站和手動加壓泵等組件構(gòu)成。圍壓缸、軸向油缸和均衡油缸通過高壓油管串聯(lián)。利用手動泵站把高壓油緩慢泵入均衡油缸中，通過大容量的均衡油缸同步給圍壓缸和軸向油缸加壓，消除了由于圍壓缸和軸向油缸容積不相等以及高壓油管壓力損失而引起的圍壓和軸向壓力不一致。圍壓缸內(nèi)液壓沿試件徑向?qū)υ嚰┘泳嫉膰鷫?。軸向油缸內(nèi)液壓通過吸收桿和透射桿對試件施加軸向靜壓，由于軸向油缸的活塞桿、吸收桿和透射桿具有與試件相同的直徑，所以試件所受的圍壓和軸向靜壓相等，即試件處于靜水壓狀態(tài)。在入射桿的左端設(shè)置有入射桿夾持系統(tǒng)，用于平衡軸向油缸對試件的軸壓。為了緩沖軸向沖擊能量，在入射桿夾持系統(tǒng)和吸收桿夾持系統(tǒng)中分別采用了碟形彈簧和吸收桿碟形彈簧選用大容量圍壓缸以減少沖擊加載過程中試件體積變化而引起的圍壓波動，本實用新型中所使用圍壓缸有效容積為100倍試件體積。如圖所示，本實用新型混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，包括大直徑霍普金森壓桿、圍壓缸、軸向油缸、油路系統(tǒng)和夾持系統(tǒng)等幾部分組成。φ IOOmm霍普金森壓桿設(shè)備包括高壓氣炮、撞擊桿、入射桿、透射桿、吸收桿、緩沖支座以及在

圖1中沒有顯示的高壓氣源、控制臺和測速裝置。由高壓氣源給高壓氣炮提供壓縮氣體以驅(qū)動撞擊桿，由撞擊桿撞擊入射桿產(chǎn)生壓縮波對夾在入射桿和透射桿之間的試件進行沖擊加載，利用黏貼在入射桿和透射桿上應(yīng)變計測量入射波、反射波和透射波，并據(jù)此得到材料的應(yīng)力-應(yīng)變-應(yīng)變率之間關(guān)系。為減少沖擊加載過程中試件體積變化而引起的圍壓波動，本實用新型采用大容量圍壓缸，圍壓缸容積為100倍的試件體積。在圍壓缸上還可以設(shè)置壓力傳感器以測量沖擊實驗過程中圍壓的變化。軸向油缸為小容量油缸，用于傳遞均衡油缸中的高液壓給吸收桿，并傳遞軸向壓力給試件。由于軸向油缸的內(nèi)徑與吸收桿、透射桿和試件直徑相同，所以試件軸向壓力與軸向油缸內(nèi)液壓相等。油路系統(tǒng)包括圍壓缸、均衡油缸、軸向油缸、高壓油管、電動液壓泵站、手動高壓泵站、高壓溢流閥和電動液壓泵站截止閥等組件構(gòu)成。電動液壓泵站用于給整個油路提供低壓(< 5MPa)供油，手動高壓泵站用于給均衡油缸提供高壓供油，再由均衡油缸同步把高壓傳遞給圍壓缸和軸向油缸.夾持系統(tǒng)包括入射桿夾持系統(tǒng)和吸收桿夾持系統(tǒng)兩部分，其中入射桿夾持系統(tǒng)包括入射桿固定支座、入射桿碟形彈簧和入射桿卡盤；吸收桿夾持系統(tǒng)包括吸收桿卡盤和吸收桿碟形彈簧.夾持系統(tǒng)除用于對試件提供軸向靜壓外，還用于緩沖和吸收實驗過程中軸向沖擊能量，有效保護軸向油缸及霍普金森桿不受損壞。具體工作原理(操作步驟)為1，調(diào)節(jié)圍壓缸的位置與入射桿和透射桿同軸；2，裝配試件至圍壓缸中，并與入射桿和透射桿同軸接觸。然后裝配調(diào)節(jié)吸收桿與透射桿和軸向油缸同軸接觸；3，打開電動液壓泵站的截止閥，打開圍壓缸的排氣孔閥門，啟動電動泵站的電機給整個油路充油至圍壓缸排氣孔出油為止。關(guān)閉電動泵站的電機、電動泵站的截止閥和圍壓缸排氣孔閥門；4，根據(jù)實驗需要圍壓大小調(diào)整溢流閥的壓力，使其稍大于實驗所需圍壓；5，利用手動泵站加壓至實驗所需壓力；然后關(guān)閉手動泵站閥門；6，打開數(shù)據(jù)采集設(shè)備，進入采集準備狀態(tài)；7，利用高壓氣源驅(qū)動撞擊桿撞擊入射桿，對試件進行沖擊加載，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄入射桿和透射桿上應(yīng)變計的應(yīng)變信號。如果需要，還可以利用黏貼在試件上的應(yīng)變計測量試件變形，以及利用圍壓缸上壓力傳感器測量圍壓缸內(nèi)圍壓的變化；8，打開手動泵站截止閥卸掉高壓；9，取出試件，實驗結(jié)束；如果需要可啟動電動泵站的電機，排除油路內(nèi)液壓油至液壓泵站的油箱中。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步 說明[0033]圖1 ;一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1中聞壓氣炮1、撞擊桿2、入射桿夾持系統(tǒng)3、入射桿固定支座3_1、入射桿碟形彈簧3-2、入射桿卡盤3-3、入射桿4、圍壓缸裝置5、高壓油管6、透射桿7、吸收桿8、吸收桿夾持系統(tǒng)9、吸收桿卡盤9-1、吸收桿碟形彈簧9-2、軸向油缸10、緩沖支座11、均衡油缸12、高壓溢流閥13、泵站截止閥14、電動液壓泵站15、手動加壓泵16。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明如圖所示沖擊加載實驗裝置的中部設(shè)置圍壓缸裝置5，圍壓缸裝置5中部預(yù)留軸孔，圍壓缸裝置5中部的孔中一側(cè)設(shè)置入射桿4另一側(cè)透射桿7，入射桿4 一端設(shè)置入射桿夾持系統(tǒng)3,入射桿夾持系統(tǒng)3外側(cè)對應(yīng)設(shè)置聞壓氣炮I,聞壓氣炮I中部設(shè)置撞擊桿2 ;透射桿7 —端設(shè)置吸收桿8，吸收桿8另一端設(shè)置吸收桿夾持系統(tǒng)9 ;吸收桿夾持系統(tǒng)9的一側(cè)設(shè)置軸向油缸10，軸向油缸10的一側(cè)設(shè)置緩沖支座11 ;入射桿4 一端設(shè)置入射桿夾持系統(tǒng)3中的入射桿卡盤3-3，入射桿卡盤3-3 —側(cè)設(shè)置入射桿碟形彈簧3-2，入射桿碟形彈簧3-2 一側(cè)設(shè)置入射桿固定支座3-1，入射桿固定支座3-1外側(cè)對應(yīng)設(shè)置高壓氣炮1，高壓氣炮I中部設(shè)置撞擊桿2 ;透射桿7 —端設(shè)置吸收桿夾持系統(tǒng)9中的吸收桿卡盤9-1,吸收桿卡盤9-1 一側(cè)設(shè)置吸收桿碟形彈簧9-2 ;吸收桿碟形彈簧9-2外側(cè)設(shè)置軸向油缸10，軸向油缸10的一側(cè)設(shè)置緩沖支座11 ;圍壓缸裝置5 —側(cè)的高壓氣炮1、撞擊桿2、入射桿夾持系統(tǒng)3、入射桿4，與圍壓缸裝置5另一側(cè)的高壓油管6、透射桿7、吸收桿8、吸收桿夾持系統(tǒng)9、軸向油缸10、緩沖支座11同軸設(shè)置；沖擊加載實驗裝置的一側(cè)設(shè)置液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)中設(shè)置大容量的均衡均衡油缸12，均衡油缸12 —側(cè)預(yù)留至少兩個孔，均衡油缸12其中的一個孔與手動加壓泵16之間設(shè)置高壓油管6 ;均衡油缸12其中的另一個孔與圍壓缸裝置5之間設(shè)置高壓油管6，高壓油管6的中段設(shè)置三通，三通另一端的高壓油管6與軸向油缸10連接，軸向油缸10與電動液壓泵站15之間設(shè)置高壓油管6，軸向油缸前端設(shè)置高壓溢流閥13，電動液壓泵站15前端設(shè)置泵站截止閥14 ;圍壓缸裝置5、軸向油缸10、高壓溢流閥13、泵站截止閥14、電動液壓泵站15、通過高壓油管6串聯(lián)。
權(quán)利要求1.一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，是由高壓氣炮(I)、撞擊桿(2)、入射桿夾持系統(tǒng)(3)、入射桿固定支座(3-1)、入射桿碟形彈簧(3-2)、入射桿卡盤(3-3)、入射桿(4)、 圍壓缸裝置(5)、高壓油管(6)、透射桿(7)、吸收桿(8)、吸收桿夾持系統(tǒng)(9)、吸收桿卡盤 (9-1)、吸收桿碟形彈簧(9-2)、軸向油缸(10)、緩沖支座(11)、均衡油缸(12)、高壓溢流閥 (13)、泵站截止閥(14)、電動液壓泵站(15)、手動加壓泵(16)構(gòu)成；其特征在于沖擊加載實驗裝置的中部設(shè)置圍壓缸裝置(5)，圍壓缸裝置(5)中部預(yù)留軸孔，圍壓缸裝置(5)中部的孔中一側(cè)設(shè)置入射桿(4)另一側(cè)透射桿(7)，入射桿(4) 一端設(shè)置入射桿夾持系統(tǒng)(3)， 入射桿夾持系統(tǒng)(3)外側(cè)對應(yīng)設(shè)置高壓氣炮(I)，高壓氣炮(I)中部設(shè)置撞擊桿(2);透射桿(7) —端設(shè)置吸收桿(8)，吸收桿(8)另一端設(shè)置吸收桿夾持系統(tǒng)(9);吸收桿夾持系統(tǒng)(9)的一側(cè)設(shè)置軸向油缸(10)，軸向油缸(10)的一側(cè)設(shè)置緩沖支座(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，其特征在于入射桿(4) 一端設(shè)置入射桿夾持系統(tǒng)(3)中的入射桿卡盤(3-3)，入射桿卡盤(3-3) —側(cè)設(shè)置入射桿碟形彈簧(3-2)，入射桿碟形彈簧(3-2) —側(cè)設(shè)置入射桿固定支座(3-1)，入射桿固定支座(3-1)外側(cè)對應(yīng)設(shè)置高壓氣炮(I)，高壓氣炮(I)中部設(shè)置撞擊桿(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，其特征在于透射桿(7) —端設(shè)置吸收桿夾持系統(tǒng)(9)中的吸收桿卡盤(9-1)，吸收桿卡盤(9-1) 一側(cè)設(shè)置吸收桿碟形彈簧(9-2)，吸收桿碟形彈簧(9-2)外側(cè)設(shè)置軸向油缸(10)，軸向油缸(10)的一側(cè)設(shè)置緩沖支座(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，其特征在于圍壓缸裝置(5) —側(cè)的聞壓氣炮(I)、撞擊桿(2)、入射桿夾持系統(tǒng)(3)、入射桿(4),與圍壓缸裝置(5)另一側(cè)的高壓油管(6)、透射桿(7)、吸收桿(8)、吸收桿夾持系統(tǒng)(9)、軸向油缸(10)、緩沖支座(11)同軸設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，其特征在于沖擊加載實驗裝置的一側(cè)設(shè)置液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)中設(shè)置大容量的均衡油缸(12)，均衡油缸 (12) 一側(cè)預(yù)留至少兩個孔，均衡油缸(12)其中的一個孔與手動加壓泵(16)之間設(shè)置高壓油管(6);均衡油缸(12)其中的另一個孔與圍壓缸裝置(5)之間設(shè)置高壓油管(6)，高壓油管(6)的中段設(shè)置三通，三通另一端的高壓油管(6)與軸向油缸(10)連接，軸向油缸(10) 與電動液壓泵站(15)之間設(shè)置高壓油管￠)，軸向油缸前端設(shè)置高壓溢流閥(13)，電動液壓泵站(15)前端設(shè)置泵站截止閥(14);圍壓缸裝置(5)、軸向油缸(10)、高壓溢流閥(13)、 泵站截止閥(14)、電動液壓泵站(15)、通過高壓油管(6)串聯(lián)。
專利摘要一種混凝土常規(guī)三軸沖擊加載實驗裝置，是由沖擊加載實驗裝置的中部設(shè)置圍壓缸裝置，圍壓缸的中部預(yù)留軸孔中同軸裝置入射桿和透射桿及吸收桿，及其兩端的入射桿夾持系統(tǒng)和高壓氣炮與吸收桿夾持系統(tǒng)和軸向油缸及其緩沖支座；沖擊加載實驗裝置的一側(cè)設(shè)置均衡油缸預(yù)留至少兩個孔，均衡油缸其中的一個孔與手動加壓泵之間設(shè)置高壓油管；均衡油缸其中的另一個孔與圍壓缸裝置之間設(shè)置高壓油管，圍壓缸裝置、軸向油缸、高壓溢流閥、泵站截止閥、電動液壓泵站、通過高壓油管串聯(lián)。合理設(shè)計緩沖碟形彈簧，降低軸向沖擊，液壓調(diào)整缸試件的圍壓和軸向壓，保護了實驗裝置，延長了使用壽命。
文檔編號G01N3/12GK202837121SQ20122057487
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者張磊, 劉瑞朝, 吳飚, 徐可立, 張守保, 李林, 王長海 申請人:張磊