[發明專利]一種與CT掃描儀配套的扭剪實驗機及其使用方法

有效

• 申請號: 202010009347.8
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111157361B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 趙曉東;秦建香;王東;周興亞;田秋紅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/22;G01N3/12;G01N3/02;G01N23/046
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種與CT掃描儀配套的扭剪實驗機，其特征在于：它包括相對設置的上支撐板（15）和下支撐板（18），上支撐板（15）上設有力發生裝置，下支撐板（18）上設有底座（37）和低射線吸收率壓力室（3），力發生裝置與低射線吸收率壓力室（3）相對設置，上支撐板（15）與下支撐板（18）的邊沿分別設有多根大拉桿（27）相互連接；

力發生裝置包括軸壓施加裝置（1）和扭矩施加裝置（2）；軸壓施加裝置（1）包括步進電機（4）、減速機（5）、聯軸器（6）、滾珠絲桿（7）、加壓軸（8）和加壓軸套（9），其中步進電機（4）的輸出軸通過減速機（5）順序連接有聯軸器（6）、滾珠絲桿（7）和加壓軸（8），滾珠絲桿（7）和加壓軸（8）固定連接并設置在加壓軸套（9）內，加壓軸（8）連接有垂直向下設置的壓扭傳感器（16），壓扭傳感器（16）底端設有凸緣（34），加壓軸套（9）上設有止轉鍵（13），加壓軸套（9）通過軸承（14）活動連接在上支撐板（15）上；

所述低射線吸收率壓力室（3）為兩端設有法蘭結構的管狀結構，低射線吸收率壓力室（3）的下端與下支撐板（18）固定連接，低射線吸收率壓力室（3）中在下支撐板（18）上設有底座（37），底座（37）上設有空心圓柱樣品（31），空心圓柱樣品（31）上設有傳力軸（26），傳力軸（26）頂部設有與凸緣（34）匹配的凹槽（33），傳力軸（26）與頂蓋（22）滑動聯接，頂蓋（22）與低射線吸收率壓力室（3）的上端法蘭密封連接，其中傳力軸（26）、空心圓柱樣品（31）和底座（37）軸向匹配，三者內均設有空腔并相互連接最終組合形成內壓腔（39），傳力軸（26）與空心圓柱樣品（31）間設有環形的上空腔（40），底座（37）和下支撐板（18）間設有環形的下空腔（41），低射線吸收率壓力室（3）與空心圓柱樣品（31）間設有外壓腔（38），傳力軸（26）側面設有通向內壓腔排氣孔（23）和通向空心圓柱樣品（31）內部的排氣孔（24），頂蓋（22）上設有上端制冷液通道（25）和外壓腔排氣孔（36），其中上空腔（40）通過上端制冷液通道（25）與外接制冷器相連，外壓腔排氣孔（36）與空心圓柱樣品（31）的外壓腔（38）連通，下支撐板（18）上設有內壓施加通道（19）、外壓施加通道（20）、下端制冷液通道（21）和水壓施加通道（32），其中內壓施加通道（19）與內壓腔（39）連通，外壓施加通道（20）與外壓腔（38）連通，下空腔（41）通過下端制冷液通道（21）穿過底座（37）和下支撐板（18）與外接制冷器相連，水壓施加通道（32）穿過下支撐板（18）和底座（37）與空心圓柱樣品（31）相連通。

2.根據權利要求1所述的與CT掃描儀配套的扭剪實驗機，其特征在于：所述下支撐板（18）下方通過小拉桿（28）連接有輔助支撐板（30），輔助支撐板（30）底部四周設有支撐腳（29）。

3.根據權利要求1所述的與CT掃描儀配套的扭剪實驗機，其特征在于：所述扭矩施加裝置（2）包括步進電機（10）、蝸桿（11）和渦輪（12），渦輪（12）與蝸桿（11）匹配，渦輪（12）通過軸承（17）設置在加壓軸套（9）外側。

4.根據權利要求1所述的與CT掃描儀配套的扭剪實驗機，其特征在于：所述空心圓柱樣品（31）內外均設有乳膠膜，使空心圓柱樣品（31）與內壓腔（39）和外壓腔（38）間隔離。

5.一種使用上述權利要求1-4任一權利要求所述的與CT掃描儀配套的扭剪實驗機的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、在下支撐板（18）上依次安裝底座（37）、空心圓柱樣品（31）、低射線吸收率壓力室（3）、頂蓋（22）和傳力軸（26），空心圓柱樣品（31）、低射線吸收率壓力室（3）、頂蓋（22）和傳力軸（26）中心線與內壓施加通道（19）中心線保持相同，在空心圓柱樣品（31）內外側均設置乳膠膜使空心圓柱樣品（31）與內壓腔（39）和外壓腔（38）間隔離；

b、將上端制冷液通道（25）、下端制冷液通道（21）分別與外接制冷器聯通，并將內壓腔（39）通過外壓施加通道（20）、外壓腔（38）通過內壓施加通道（19）分別與外接壓力控制器聯通，打開內壓腔排氣孔（23）和外壓腔排氣孔（36），通過外接壓力控制器向內壓施加通道（19）和外壓施加通道（20）中壓入傳壓液，待傳壓液分別從內壓腔排氣孔（23）和外壓腔排氣孔（36）溢出時，關閉內壓腔排氣孔（23）和外壓腔排氣孔（36）；

c、通過水壓施加通道（32）向空心圓柱樣品（31）內部壓入蒸餾水，待蒸餾水從排氣孔（24）中溢出時，關閉排氣孔（24）；

d、將扭剪實驗機安放在CT掃描儀轉臺（35）上，調整射線高度剛好穿過空心圓柱樣品（31）；

e、控制力發生裝置作用在空心圓柱樣品（31）上的軸壓、扭矩，并通過外接壓力控制器控制內壓腔（39）內向空心圓柱樣品（31）內側施加的壓力、外壓腔（38）內向空心圓柱樣品（31）外側施加的壓力以及空心圓柱樣品（31）的內部水壓，然后利用兩臺外接制冷器分別通過下端制冷液循環通道（21）和下空腔（41）、通過上端制冷液通道（25）和上空腔（40）對空心圓柱樣品（31）的上、下兩端輸入冷量進行凍結，從而在空心圓柱樣品（31）上形成豎直方向的溫度梯度，然后解凍；

f、調整空心圓柱樣品（31）內壓腔（39）中的壓力、外壓腔（38）中的壓力以及力發生裝置作用在空心圓柱樣品（31）上的軸壓和扭矩，實時獲得模擬不同荷載—凍融雙重擾動環境中空心樣品（31）裂縫特征和非線性演化規律。