專利名稱：材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深層地下礦物或巖石動態(tài)力學(xué)特性測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
深埋在地層內(nèi)的礦物或巖石材料由于經(jīng)常承受瓦斯爆炸等外沖擊作用，因此，在安全性設(shè)計時，必須事先知道礦物或巖石材料本身的動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)，比如高應(yīng)變率強(qiáng)度、斷裂特性及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等本構(gòu)性質(zhì)?，F(xiàn)有的測試技術(shù)是無法直接在地層中對深埋在地層內(nèi)的礦物或巖石材料進(jìn)行動態(tài)測試的。因此，通?？紤]在實驗室環(huán)境中模擬礦物或巖石材料處于深層的狀態(tài)，對其進(jìn)行動態(tài)特性測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在地面上實驗室條件下，模擬礦物或巖石在深地層中的真實狀態(tài)，并對其動態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行測試的系統(tǒng)。為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，包括相互配合的試樣容置裝置I和試樣容置裝置II，所述試樣容置裝置I具有內(nèi)筒I，所述試樣容置裝置II具有內(nèi)筒II。所述內(nèi)筒I和內(nèi)筒II的軸心重合、開口相向，當(dāng)所述試樣容置裝置I緊靠試樣容置裝置II時，所述內(nèi)筒I和內(nèi)筒II扣合在一起，從而組成封閉的、容納被測試樣的容置腔。所述內(nèi)筒I里面安裝有入射桿，所述入射桿的尾端與沖擊桿的首端相接觸。實驗時，向所述沖擊桿的尾端施加沖擊力，使得所述沖擊桿向入射桿施加作用力。所述內(nèi)筒II里面安裝有透射桿，所述透射桿的尾端與緩沖裝置相接觸，所述緩沖裝置同樣安裝在內(nèi)筒II里面。由所述內(nèi)筒I和內(nèi)筒II組成的容置腔內(nèi)安裝有溫控裝置。當(dāng)所述被測試樣裝在所述容置腔里面時，所述被測試樣的一端與所述入射桿的首端接觸，所述被測試樣的另一端與所述透射桿的首端接觸。所述容置腔內(nèi)壁與被測試樣之間安裝有應(yīng)變片。


本發(fā)明的裝置可以通過附圖給出的非限定性實施例進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為試樣容置裝置I和試樣容置裝置II的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明的俯視圖。圖中1.試樣容置裝置I ;1-1.內(nèi)筒I ;2.試樣容置裝置II ；2-1.內(nèi)筒II ；3.擊發(fā)氣腔；4.高壓氣腔；5.加速度管；6.勻速管；7.徑向通孔；8.沖擊桿；9.入射桿；10.透射桿；11.注油孔；12.出氣孔；13.緩沖裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，作出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。實施例1 :
一種材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，包括相互配合的試樣容置裝置I I和試樣容置裝置II 2，所述試樣容置裝置I I具有內(nèi)筒I 1-1，所述試樣容置裝置II 2具有內(nèi)筒II2-1。本實施例中，所述的內(nèi)筒I 1-1和內(nèi)筒II 2-1均是一端敞口的圓柱筒，其軸心分別為所述試樣容置裝置I I和試樣容置裝置II 2的軸心。所述內(nèi)筒I 1-1和內(nèi)筒II 2-1的軸心重合、開口相向。當(dāng)所述試樣容置裝置I I緊靠試樣容置裝置II 2時，所述內(nèi)筒I 1-1和內(nèi)筒II 2-1扣合在一起，從而組成封閉的、容納被測試樣的容置腔。作為優(yōu)選，試驗所用到的被測試樣被制成圓柱體，將其安裝在所述容置腔內(nèi)，其軸心與內(nèi)筒II 2-1的軸心重合。所述內(nèi)筒I 1-1里面安裝有入射桿9。實施例中，所述入射桿9為金屬制成的圓柱形桿狀物，包括首端和尾端。所述入射桿9的尾端與沖擊桿8的首端相接觸。實驗時，向所述沖擊桿8的尾端施加沖擊力，使得所述沖擊桿8向入射桿9施加作用力，進(jìn)而導(dǎo)致入射桿9向被測試樣傳力。所述內(nèi)筒II 2-1里面安裝有透射桿10。實施例中，所述透射桿10為金屬制成的圓柱形桿狀物，包括首端和尾端。所述透射桿10的尾端與緩沖裝置13相接觸，所述緩沖裝置13同樣安裝在內(nèi)筒II 2-1里面。所述緩沖裝置13可以為螺旋彈簧，其伸縮方向即是內(nèi)筒II 2-1的軸向。當(dāng)透射桿10的首端受力時，透射桿10的尾端便壓向緩沖裝置13，吸收能量。采用圓柱體被測試樣時，作為優(yōu)選，入射桿9和透射桿10的軸心與圓柱體被測試樣的軸心重合。由所述內(nèi)筒I 1-1和內(nèi)筒II 2-1組成的容置腔內(nèi)安裝有溫控裝置。將圓柱體被測試樣裝在所述容置腔里面時，所述被測試樣的一端與所述入射桿9的首端接觸，所述被測試樣的另一端與所述透射桿10的首端接觸。本實施例在實驗時采用超動態(tài)應(yīng)變儀測試被測材料的應(yīng)力，因此，需要在容置腔內(nèi)安裝應(yīng)變片。通常情況下，所述容置腔內(nèi)壁與被測試樣、入射桿9、透射桿10之間安裝有應(yīng)變片。進(jìn)一步，所述超動態(tài)應(yīng)變儀所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給波形存儲器，進(jìn)而傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。本實施例中，所述試樣容置裝置I I和試樣容置裝置II 2的軸心重合、并安裝在同一機(jī)架上，通過連接所述試樣容置裝置I I和/或試樣容置裝置II 2的軸向進(jìn)給裝置，控制所述內(nèi)筒I 1-1和內(nèi)筒II 2-1的組合或分離。作為本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式，向所述沖擊桿8的尾端施加沖擊力是通過向其發(fā)射子彈完成的。因此，還包括子彈發(fā)射裝置和入射管。所述入射管與試樣容置裝置I I連接，作為優(yōu)選，入射管的軸心與沖擊桿8的軸心重合。所述沖擊桿8在所述入射管內(nèi)，實驗時，通過子彈發(fā)射裝置發(fā)射的子彈沿入射管的內(nèi)筒射向沖擊桿8，從而向所述沖擊桿8的尾端施加沖擊力。進(jìn)一步，所述入射管由加速度管5和勻速管6兩段組成。即所述勻速管6與試樣容置裝置I I連接，所述加速度管5與子彈發(fā)射裝置連接。其中，加速度管5的出口與勻速管6的入口對接。子彈從加速度管5的入口進(jìn)入，射向勻速管6出口方向的沖擊桿8。本實施例的子彈發(fā)射裝置包括擊發(fā)氣腔3、高壓氣腔4和氣動裝置，實驗時，通過所述氣動裝置向高壓氣腔4充入高壓氣體，所述高壓氣體驅(qū)動擊發(fā)氣腔3內(nèi)的子彈射向沖擊桿8。所述氣動包括空氣壓縮機(jī)2和控制箱I。通過所述空氣壓縮機(jī)2產(chǎn)生的高壓氣體。
由于采用子彈入射的方式對被測材料施加作用力，根據(jù)試驗要求，需要獲得子彈與沖擊桿8接觸時的速度大小，可以采用激光測速的方式獲得。因此，本實施例還包括速度測量裝置，所述速度測量裝置包括分別設(shè)置在所述勻速管6兩側(cè)的平行光源和感光設(shè)備，所述勻速管6上具有若干徑向通孔7，所述平行光源所發(fā)射出的平行光穿透所述徑向通孔后被所述感光設(shè)備接收。當(dāng)子彈穿過勻速管6時，勢必?fù)踝⊥高^徑向通孔7的光線，感光設(shè)備測量出子彈穿過相鄰徑向通孔的時間，由于前后兩個徑向通孔7的間距已知，進(jìn)而可以獲得子彈穿過勻速管6時的速度，即子彈與沖擊桿8接觸時的速度。所述試樣容置裝置II 2具有注油孔11和出氣孔12，所述注油孔11和出氣孔12與所述內(nèi)筒II 2-1連通。實驗時，試樣容置裝置I I和試樣容置裝置II 2結(jié)合后，其組成的試樣容置腔具有氣密性。實驗時，通過注油孔11向試樣容置腔注油，并通過出氣孔12排盡氣體后，繼續(xù)通過注油孔11注入具有一定壓力的油，使得試樣周圍具有一定圍壓。而且，還可以通過加熱油的方式對試件進(jìn)行加溫，進(jìn)一步模擬試樣在地層中的真實狀態(tài)。實施例2:
采用實施例1所公開的裝置對煤巖進(jìn)行測試。本實施例米用直徑50mmx、長度50mm的煤巖作為被測試樣，并模擬所述被測試樣處于地下120米的狀態(tài)，獲得高應(yīng)變率強(qiáng)度、斷裂特性及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等本構(gòu)性質(zhì)。包括以下步驟
I)調(diào)整軸向進(jìn)給裝置，使得試樣容置裝置I I和試樣容置裝置II 2分離。參見附圖2，將準(zhǔn)備好的被測試樣安裝在內(nèi)筒I 1-1內(nèi)部。2)調(diào)整軸向進(jìn)給裝置，使得試樣容置裝置I I和試樣容置裝置II 2結(jié)合在一起。即使得內(nèi)筒I 1-1和和內(nèi)筒II 2-1扣合在一起，組成容納被測試樣的容置腔。所述被測試樣被封閉在容置腔內(nèi)，其兩端分別與入射桿9和透射桿10相接觸。3)施加圍壓通過所述注油孔11向所述容置腔內(nèi)注油，同時通過排氣孔12排氣。待氣體排盡后，繼續(xù)通過所述注油孔11向所述容置腔內(nèi)注油，使得容置腔內(nèi)壓力為5MPa。4)加溫對容置腔內(nèi)的試樣加溫至50°C。實施例中，通過所述注油孔11注入的油的溫度為50°C，以實現(xiàn)對試樣進(jìn)行加溫。5)通過子彈發(fā)射裝置向沖擊桿發(fā)射子彈。實施例中，可以通過控制射出施加在子彈上的壓力來控制子彈與沖擊桿接觸時的速度。再通過激光測速裝置獲得子彈在勻速管6內(nèi)的飛行速度。6)數(shù)據(jù)處理。彈性壓桿一維應(yīng)力假定認(rèn)為入射桿和透射桿只發(fā)生彈性變形，桿中應(yīng)力波作一維傳播。入射桿和透射桿中的脈沖信號通過應(yīng)變片來測量，入射桿表面的應(yīng)變片測
量入射波信號和反射波信號
入射桿表面的應(yīng)變片測量(或計算)透射波信號入射桿和透射桿的彈性模
量、波速和橫截面積分別為K C、A。被測試樣，即試件I 5的橫截面積和厚度分別為兒和允。被測試樣內(nèi)部應(yīng)力均勻化假定認(rèn)為被測試樣中應(yīng)力和應(yīng)變處于均勻狀態(tài)。因此，若&(<)+&(>) = &(>),可以根據(jù)應(yīng)變片測量的反射波信號和透射波信號，通過如下公式分別計算出試件中的應(yīng)變率、應(yīng)變及應(yīng)力
權(quán)利要求
1.一種材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:包括相互配合的試樣容置裝置I (1)和試樣容置裝置II (2)，所述試樣容置裝置I (I)具有內(nèi)筒I (1-1)，所述試樣容置裝置II (2)具有內(nèi)筒II (2-1); 所述內(nèi)筒I (1-1)和內(nèi)筒II (2-1)的軸心重合、開口相向，當(dāng)所述試樣容置裝置I (I)緊靠試樣容置裝置II (2)時，所述內(nèi)筒I (1-1)和內(nèi)筒II (2-1)扣合在一起，從而組成封閉的、容納被測試樣的容置腔； 所述內(nèi)筒I (1-1)里面安裝有入射桿(9)，所述入射桿(9)的尾端與沖擊桿(8)的首端相接觸；實驗時，向所述沖擊桿(8)的尾端施加沖擊力，使得所述沖擊桿(8)向入射桿(9)施加作用力； 所述內(nèi)筒II (2-1)里面安裝有透射桿(10)，所述透射桿(10)的尾端與緩沖裝置(13)相接觸，所述緩沖裝置(13)同樣安裝在內(nèi)筒II (2-1)里面； 由所述內(nèi)筒I (1-1)和內(nèi)筒II (2-1)組成的容置腔內(nèi)安裝有溫控裝置；當(dāng)所述被測試樣裝在所述容置腔里面時，所述被測試樣的一端與所述入射桿(9)的首端接觸，所述被測試樣的另一端與所述透射桿(10)的首端接觸；所述容置腔內(nèi)壁與被測試樣之間安裝有應(yīng)變片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:還包括子彈發(fā)射裝置和入射管，所述入射管與試樣容置裝置I (I)連接，所述入射桿(9)的尾端在所述入射管內(nèi)，實驗時，通過子彈發(fā)射裝置發(fā)射的子彈沿入射管的內(nèi)筒射向沖擊桿(8)，從而向所述沖擊桿(8)的尾端施加沖擊力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述入射管由加速度管(5)和勻速管(6)兩段組成，所述勻速管(6)與試樣容置裝置I (I)連接，所述加速度管(5)與子彈發(fā)射裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述子彈發(fā)射裝置包括擊發(fā)氣腔(3)、高壓氣腔(4)和氣動裝置，實驗時，通過所述氣動裝置向高壓氣腔(4)充入高壓氣體，所述高壓氣體驅(qū)動擊發(fā)氣腔(3)內(nèi)的子彈射向沖擊桿(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:還包括速度測量裝置，所述速度測量裝置包括設(shè)置在所述勻速管(6)兩側(cè)的平行光源(7)和感光設(shè)備，所述勻速管(6 )上具有若干徑向通孔，所述平行光源(7 )所發(fā)射出的平行光穿透所述徑向通孔后被所述感光設(shè)備接收。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述試樣容置裝置I (I)和試樣容置裝置II (2)的軸心重合、并安裝在同一機(jī)架上，通過連接所述試樣容置裝置I (I)和/或試樣容置裝置II (2)的軸向進(jìn)給裝置，控制所述內(nèi)筒I (1-1)和內(nèi)筒II (2-1)的組合或分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述試樣容置裝置II (2)具有注油孔(11)和出氣孔(12)，所述注油孔(11)和出氣孔(12)與所述內(nèi)筒II (2-1)連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述氣動裝置包括空氣壓縮機(jī)(2 )和控制箱(I)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種在地面上實驗室條件下，模擬礦物或巖石在深地層中的真實狀態(tài)，并對其動態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行測試的系統(tǒng)。即一種材料高圍壓溫控動態(tài)特性測試系統(tǒng)，包括相互配合的試樣容置裝置Ⅰ和試樣容置裝置Ⅱ，所述試樣容置裝置Ⅰ具有內(nèi)筒Ⅰ，所述試樣容置裝置Ⅱ具有內(nèi)筒Ⅱ。當(dāng)所述試樣容置裝置Ⅰ緊靠試樣容置裝置Ⅱ時，所述內(nèi)筒Ⅰ和內(nèi)筒Ⅱ扣合在一起，從而組成封閉的、容納被測試樣的容置腔。所述內(nèi)筒Ⅰ里面安裝有入射桿，所述內(nèi)筒Ⅱ里面安裝有透射桿。由所述內(nèi)筒Ⅰ和內(nèi)筒Ⅱ組成的容置腔內(nèi)安裝有溫控裝置。當(dāng)所述被測試樣裝在所述容置腔里面時，所述被測試樣的一端與所述入射桿的首端接觸，所述被測試樣的另一端與所述透射桿的首端接觸。
文檔編號G01N3/307GK103076242SQ201310011279
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者王新筑, 郭早陽, 彭向和, 劉占芳, 楊春和, 陳斌 申請人:重慶大學(xué)