[發明專利]一種自對芯可變直徑巖石霍普金森桿的實驗裝置

在審

• 申請號: 201811463046.1
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109632533A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 徐穎;王帥;夏開文;陳榮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/62
• 代理公司: 天津一同創新知識產權代理事務所(普通合伙) 12231
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種自對芯可變直徑巖石霍普金森桿的實驗裝置，在水平支撐平臺上設置變直徑入射桿和變直徑透射桿自對芯固定支座，支座上設置有滾輪活塞固定盤；在固定盤上設置有可升降滾輪活塞；可升降滾輪活塞末端為滾輪，用于給桿件變直徑入射桿和變直徑透射桿提供支持并不限制其軸向運動；可升降滾輪活塞通過控制氣泵或油泵的壓力大小而改變其伸出長度，從而實現滾輪對于桿件的自對芯并緊密夾持。變直徑桿件自對芯固定支座實現不同直徑桿件的快速安裝、更換，并且可以通過控制滾輪活塞的同步伸縮完成桿件系統的快速高精度自動對芯。該發明調試方便，節約成本，增加了設備的可調節性與通用性。

技術領域

本發明涉及一種基于應力波傳播理論的自對芯可變直徑巖石霍普金森桿的實驗裝置，屬于巖石動力學試驗技術領域。

背景技術

隨著人類技術手段的發展和實驗裝備的進步，巖石的動態特性已經越來越多地被人們所了解。特別是自從霍普金森桿出現以來，以及對波形采集設備的不斷發展，加上材料加工工藝的進步，使得這種技術手段在測量材料動態特性的應用中越來越精確。目前，傳統的霍普金森桿被廣泛應用于各種工程材料動態力學性能的測試中。特別地，經過國內外學者們的一致努力，霍普金森桿在測試巖石類脆性材料的動態力學性質中發揮了重要的作用，研究成果主要體現在巖石的強度與斷裂特性等方面的研究。然而，在巖石工程領域中，應力波在巖體中的傳播規律也是一個重要的研究熱點。由于巖體中普遍存在著節理，而節理的力學特性又是影響巖體強度的關鍵性因素，雖然目前在節理巖體靜態和準靜態力學特性方面的研究已經十分完善，但對于其動態力學特性的研究尚不全面。在地下工程和邊坡工程中，節理巖體經常受到地震、爆破等沖擊荷載的影響，給工程安全造成了極大的隱患。因此，研究應力波在巖體中的傳播規律是十分有必要的。

在研究應力波在巖體中傳播規律的方法中，試驗方法無疑是最為可靠與合理的。其中，根據分離式霍普金森壓桿改造的巖石壓桿是常見的實驗儀器之一，因為巖石桿能夠合理地模擬并反映一維應力波在巖石中的傳播規律。國內外基于此法成功研究了諸如節理吻合系數、節理厚度等因素對巖體中波傳播的影響等前沿問題。由此可見，巖石桿在此類問題的研究中起到了不可替代的作用。然而，傳統的霍普金森桿由金屬材料制成，在現有的工藝水平與機械加工精度條件下，其對于高精度的要求很容易得到滿足。但對于巖石材質的桿件來說，其加工精度很難達到金屬桿件加工精度；巖石桿在加工過程中的主要原理是依靠鉆頭與巖石等脆性材料的磨削作用實現的，即便是對于同一根鉆筒來講，巖石的硬度及礦物顆粒成分等因素皆會對取芯直徑造成一定的影響。由于傳統霍普金森桿系統對測試狀態的要求較高，為了保證桿件之間的精確配合，支座的限位軸承的直徑需與桿件直徑保持一致才能緊密貼合。而由于巖石桿在加工過程中直徑不易精確控制的原因，其在安裝過程中一旦二者尺寸無法完美匹配，則需要再次定制加工底座，極大地提高了成本。若更換相應的底座，在此過程中往往會增加調試的難度，其中桿件對芯校準就需要耗費大量時間和人力成本，而且對于不熟練的非專業人士而言調試結果往往也難以達到系統最佳的測試狀態。同時，頻繁更換調試支座也會造成測試系統各部件之間的機械磨損、測試效率的降低與經濟成本的增加等問題；另一方面由于實驗的要求不同，分離式霍普金森巖石桿系統往往需要頻繁更換不同直徑的桿件以達到測試目的；此外，由于傳統的霍普金森桿系統的桿件制作多數采用直線軸承作為支撐和傳動裝置，其在安裝調試過程中往往需要耗費大量的校準時間且對調試人員的專業性要求較高，極大地降低了安裝效率。因此亟需開發一種可以適用于多種直徑不同材料桿件并可自動對芯的霍普金森巖石桿實驗系統。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種結構簡單、操作方便、試驗過程穩定性好、可快速適用于不同直徑與不同材質桿件要求的并可實現自動對芯功能的分離式霍普金森巖石桿測試裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：