[發明專利]一種適用于納米壓痕儀的三點彎加載裝置

有效

• 申請號: 201911420335.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN110987658B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 唐旭海;李平;王正直
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N3/02
• 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: 齊晨潔

本發明公開了一種適用于納米壓痕儀的三點彎加載裝置，包括承載裝置、作動裝置和帶缺口的試樣；承載裝置包括側立板、固定端板、承壓底板和定位端板，均設有螺栓孔，側立板和端板之間彼此用兩排緊固螺栓固定，側立板側面設有螺紋通孔，緊固螺桿旋轉穿過通孔固定實現對缺口試樣的校準定位，承壓底板上鋪設有導軌并設有豎直限位軸承；作動裝置包括作動千斤頂、可換壓頭、可移動加載臺座和固定加載臺座；加載臺座設有“T”型插槽，可換壓頭插入插槽固定且內側設有尖端與試樣相接觸。本發明基于納米壓痕表征技術和納米壓痕儀，提供了配套的適用于微小試樣的加載裝置，為研究材料裂紋尖端塑性區的力學參量提供了有效的試驗設備基礎。

技術領域

本發明涉及巖石力學試驗設備技術領域，具體涉及一種適用于微納米力學測試系統、與納米壓痕儀配套的巖樣三點彎加載裝置。

背景技術

巖石的彈性模量、斷裂韌性等力學參數對研究巖石壓裂改造時的復雜縫網形成和延伸規律，以及開展勘探和進行鉆井、隧道工程設計都具有重要意義。傳統宏觀力學參數測試方法對巖石試樣尺寸和完整性都有較高要求，但因為巖石本身物理化學性質的不穩定性，以及弱層節理面或天然裂縫的發育，使得取心質量難以保證。而且傳統力學實驗測試方法價格昂貴、周期較長、數據離散性較大，工程價值有限；因此，尋求高效、簡單且可靠的力學參數測試方法和手段一直是巖石力學與工程領域的熱點關注問題。

三點彎曲試驗在涉及材料裂隙擴展斷裂的研究和實踐中，常常被國內外學者用來討論材料裂紋的萌生、擴展、斷裂問題。但對于裂紋尖端塑性區的形態表征和力學特性一直缺乏可靠的參量測量技術。尋找一種合適的方法能夠克服傳統實驗方法的局限性，來表征巖石裂紋尖端的力學特性對科學研究和工程應用都有很大的用處。

壓痕測量作為極具發展前途的微納米尺度力學測試技術，相比傳統的宏觀力學破壞性試驗，納米壓痕測量儀提供了大范圍載荷和高分辨力的無損測試，拓寬了材料行為的測量范圍；可測量硬度、彈性模量、斷裂韌性、粘彈特性等，極大地降低了對巖石試樣質量和尺寸的要求。同時巖石作為多相材料，其組成礦物的特征和性質各不相同，內部微裂紋的孕育、擴展和貫通是影響巖石宏觀變形破環的主要細觀力學因素；因此研究巖石的微觀結構、礦物成分特征及其微觀力學特征，有助于更好地分析巖石的宏觀變形破壞特征。但由于載荷手段限制，常規壓痕測量環境較為簡單，不能模擬巖石復雜應力狀態下的真實力學特性。目前，在壓痕測量儀上也沒有比較完善的實驗裝置設計能夠兼具同時對巖石試樣進行加載和細觀力學測量。因此，本發明擬提供一種適用于納米壓痕儀的三點彎加載裝置，能夠實現對巖石試樣進行加載，并基于納米壓痕技術能夠實現對材料拉應力區域及裂紋尖端塑性區力學特性的測量。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種適用于納米壓痕儀的三點彎加載裝置，包括承載裝置、作動裝置和帶缺口的試樣，所述的承載裝置包括相對設置的第一側立板、第二側立板，位于兩塊側立板兩端的固定端板和定位端板，和位于底部的承壓底板；所述第一側立板和第二側立板的相對的外側面在同一水平高度均設有通孔且孔內壁設有螺紋，第一調節緊固螺桿穿過第一側立板設置的螺栓通孔，第二調節緊固螺桿穿過第二側立板設置的螺栓通孔，帶缺口的試樣固定在第一調節緊固螺桿和第二調節緊固螺桿之間，通過調節第一調節緊固螺桿和第二調節緊固螺桿進行校準固定，承壓底板上表面鋪設有導軌，導軌上設有豎直限位軸承；

所述的作動裝置包括作動千斤頂、第一可換壓頭、第二可換壓頭、可移動加載臺座和固定加載臺座；固定加載臺座設在固定端板的內側且設置有“T”型插槽，可移動加載臺座設置有“T”型插槽且通過豎直限位軸承鋪設在導軌上，第一可換壓頭和第二可換壓頭分別承插在固定加載臺座和可移動加載臺座的“T”型插槽上，定位端板中心設有圓形承接口，作動千斤頂通過圓形承接口與油缸連接，并由密閉墊環封裝密封；所述的油缸通過三通連接管、截止閥分別連接有手動泵和高精密控制泵。

所述第一側立板、第二側立板和固定端板、定位端板之間彼此用兩排緊固螺栓固定。