[發明專利]考慮空間約束狀態的破碎試驗裝置

在審

• 申請號: 201710408354.3
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107044940A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 馬剛;姬翔;周偉;鄧璇璇;常曉林
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 俞琳娟

本發明提供了一種考慮空間約束狀態的破碎試驗裝置，能夠更加真實的反映顆粒試驗樣品在空間中的受約束情況，對三維空間約束狀態情況下顆粒局部約束狀態進行研究。本發明所提供的破碎試驗裝置，其特征在于，包括：安轉支撐部，具有：上安裝單元、下安裝單元和支撐單元；施壓部，安裝在安裝支撐部上，具有：驅動單元、施力單元以及樣品放置單元；經度調整部，具有：上環形滑軌和下環形滑軌；軌道部，具有：環形固定軌道和至少一個半環形可滑動軌道；夾持約束部，具有至少一個夾持約束構件，對試驗樣品進行約束；測試部，與施壓部相連，收集施壓部對試驗樣品施加的壓力和在施壓過程中的位移，并進行處理，得到相應的測試結果。

技術領域

本發明屬于顆粒材料力學研究領域，具體涉及一種用于測量顆粒材料在有空間法向約束時破碎情況的破碎試驗裝置。

背景技術

顆粒物質是指離散狀態物質體系，是與連續態物質（固體、流體）相區別的另一大物質形態，顆粒體系的力學現象比固體和流體復雜，由于其力學現象的復雜性，不能再用傳統的固體力學或者流體力學的研究方法來表征其力學特性，而另一方面顆粒破碎本身就是一個極其復雜的過程，無論是顆粒破碎的判別準則還是破碎后的碎片狀態目前都沒有統一的結論。由于顆粒材料結構的非均勻性，每個顆粒周圍的顆粒組成、體積分數和配位數等各不相同，周邊顆粒對顆粒所提供的約束狀態和程度各不相同，導致顆粒內部應力分布復雜而多變，對顆粒破碎有較大的影響。大量的數值模擬試驗和物理試驗發現，顆粒與周圍顆粒的接觸環境決定了顆粒所處的約束狀態，約束狀態的不同導致顆粒的破碎形式和破碎強度變化不一。因而顆粒與周圍顆粒相接觸形成的接觸個數和接觸位置等因素的改變能夠使得顆粒的破碎行為發生極大的變化。

近年來國內外眾多學者對顆粒的破碎行為進行了深入試驗和理論研究。

1999年Tsoungui等針對隨機接觸力分布下的二維顆粒提出顆粒拉伸失效準則，認為作用于顆粒的復雜接觸力可等效為兩組正交等值反向力，并通過制備若干統一大小的石膏圓盤模型進行了物理驗證。

2000年McDowell和Amon等通過徑向加載試驗提出顆粒的破碎強度服從Weibull分布，此類研究反映了顆粒在兩個接觸點的情況下的破碎規律，但無法說明復雜的接觸分布對顆粒破碎的影響；2007年McDowell和Lim在這一理論的基礎上，開始研究顆粒的平均配位數對顆粒集合體強度的影響。

Russell等的研究表明顆粒破碎主要是最大接觸力超過閾值引起的；2010年Ben-Nun 和Einav根據Tsoungui和Sukumaran的研究建立了可以定義顆粒剪切失效準則的二維顆粒破碎閾值模型，引入了二維平面約束情況下顆粒配位數對接觸力閾值的影響，但三維空間約束狀態情況下顆粒周圍的接觸要復雜的多。

2016年Wang等采用離散單元數值方法模擬了具有不同配位數的球形顆粒的破碎行為，并得出顆粒破碎強度與配位數成線性關系的規律。

在研究二維平面情況下顆粒配位數對接觸力閾值的影響時，Salami等在萬能材料試驗機（MTS）上加裝了一個顆粒夾持裝置，通過調整夾具的數量和角度，進行了不同情況下的顆粒破碎試驗。該裝置初步試驗結果表明配位數與接觸點的分布對二維顆粒破碎有重要影響。

盡管現有的有關二維顆粒破碎的數值研究取得了一定的成果，但在實際情況中顆粒往往不可能僅處于二維平面受約束狀態。目前針對三維顆粒局部約束狀態對力的判定準則中接觸力閾值影響的研究極為稀少，更沒有專門針對三維空間約束狀態情況下顆粒局部約束狀態研究的試驗裝置。因此開展針對三維空間約束狀態情況下顆粒局部約束狀態的研究至關重要。

發明內容

本發明是為了解決上述課題而進行的，目的在于提供一種考慮三維空間約束狀態的破碎試驗裝置，能夠更加真實的反映顆粒在空間中的受約束情況，對三維空間約束狀態情況下顆粒局部約束狀態進行研究。

本發明為了實現上述目的，采用了以下方案。