[發(fā)明專利]一種用于彎曲元試驗(yàn)的試樣開槽裝置

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• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111251477A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐湘田;王寶萱;史浩南;顧強(qiáng);劉慶賀;張偉東;李高升;趙宇琴
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古大學(xué)
• 主分類號: B28D1/22
• 分類號: B28D1/22
• 代理公司: 北京成實(shí)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11724
• 代理人: 張焱

本發(fā)明公開了一種用于彎曲元試驗(yàn)的試樣開槽裝置，包括蓋形螺母、通心螺母、墊圈、螺桿、套筒和墊片，所述套筒設(shè)置為空心結(jié)構(gòu)，墊片的結(jié)構(gòu)與套筒內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)的橫截面相配合，在套筒水平方向開設(shè)數(shù)對貫穿筒壁的水平定位孔，所述墊片的中心處開設(shè)有豎直定位孔，所述蓋形螺母安裝在螺桿的上下兩端，并且所述蓋形螺母還抵在套筒的上下端面上。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)開槽方法的肉眼粗略觀測難以保證彎曲元試樣上的兩個預(yù)留空腔相互平行，精準(zhǔn)對位的難題，通過保證對試樣開槽深度的可控性，能夠高效地實(shí)現(xiàn)彎曲元件插入物和試樣預(yù)留空腔的緊密貼合，精準(zhǔn)開鑿滿足試驗(yàn)要求的彎曲元預(yù)留空腔，提高試樣制備的效率和成功率。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于彎曲元試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于彎曲元試驗(yàn)的試樣開槽裝置。

背景技術(shù)：

彎曲元試驗(yàn)是一種利用彈性波在介質(zhì)中的傳播理論，在量級約為10-6的小應(yīng)變范圍內(nèi)確定材料剪切模量、彈性模量和泊松比的無損檢測方法。該試驗(yàn)使用一對彎曲元件分別作為發(fā)射端和接收端，因?yàn)閺澢哂邢嗤慕Y(jié)構(gòu)，所以每個彎曲元件既可以作為發(fā)射端又可以作為接收端。彎曲元件既可以垂直安裝在試樣的頂部和底部，又可以在水平方向安裝，從而量化研究由于試樣的各向異性引起的軸向剛度與水平剛度之間的差異。彎曲元件是由兩個壓電陶瓷薄片粘在一起組成的壓電陶瓷雙晶片，兩薄片間及其外表面安裝有導(dǎo)體(金屬墊片)。由于壓電陶瓷具有壓電特性，可實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，故可使用信號發(fā)生器對雙晶片上的兩個壓電陶瓷薄片分別施加電壓使其同時伸縮或一伸一縮，從而使壓電陶瓷雙晶片整體表現(xiàn)為微小的伸縮變形或彎曲變形并在其嵌入的試樣中產(chǎn)生相應(yīng)的振動，即產(chǎn)生壓縮波(縱波)或剪切波(橫波)兩種體波。發(fā)射端彎曲元件發(fā)射的體波在試樣中傳播后帶動接收彎曲元的壓電陶瓷片產(chǎn)生相應(yīng)的振動，并將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號。通過對比存儲示波器中存儲和顯示的發(fā)射信號和接收信號，能夠判斷出體波在試樣中的傳播時間，根據(jù)已知的發(fā)射端和接收端之間的距離，即可計(jì)算出體波在試樣中的傳播速度。因?yàn)轶w波的波速和傳播路徑僅由密度和剛度控制，所以可以由體波波速和試樣密度計(jì)算出試樣的小應(yīng)變剛度，由此分析計(jì)算場地地震響應(yīng)以及在工作荷載下處于小應(yīng)變狀態(tài)的工程實(shí)際問題。此外，彎曲元試驗(yàn)也可以作為一種通過不同方向上所測剛度的差異來評估試樣均勻性的一種無損測試方法。

在彎曲元試驗(yàn)中，彎曲元件是作為插入物插入試樣內(nèi)部的，無法直接壓入如軟巖、水泥穩(wěn)定類土、高密度融土以及凍土等硬質(zhì)剛性試樣。因此，必須在試樣上開鑿出一對精準(zhǔn)對位的空腔供作為發(fā)射端和接收端的彎曲元件插入，以免在安裝和測試過程中損壞元件。若插入試樣后的接收端元件和發(fā)射端元件不共面，也即接收端和發(fā)射端之間存在不為零的夾角或有平行間距，則接收到的信號不清晰且雜波多，尤其是二者垂直時理論上不會接收到任何信號，造成試驗(yàn)失敗。因此，在試樣上開鑿出一對精準(zhǔn)對位的預(yù)留空腔使得插入試樣后的發(fā)射端元件和接收端元件在具有一致相位方向的前提下共面，對獲取準(zhǔn)確清晰的最大信號以及確保測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠而言是至關(guān)重要的。

目前，對于軟巖、水泥穩(wěn)定類土、高密度融土以及凍土等硬質(zhì)剛性試樣的彎曲元試驗(yàn)，試樣的預(yù)留空腔僅憑肉眼在粗略的觀測標(biāo)記后用刻刀、手鉆等工具徒手開槽。

現(xiàn)有開槽方法既不能控制開槽尺寸和深度，造成彎曲元件和試樣無法緊密貼合，更不能保證兩個預(yù)留空腔共面和精準(zhǔn)對位。徒手開槽時為了防止試樣移動或轉(zhuǎn)動，還需要牢牢按住試樣，可能對試樣造成影響較大的擾動甚至損傷破壞。此外，由于現(xiàn)有開槽過程耗時較長，耗時費(fèi)力，而且需要反復(fù)調(diào)整，因而會造成試樣的水分變化，對凍土來說還造成試樣溫度的擾動。因此使用由現(xiàn)有技術(shù)開槽的試樣進(jìn)行彎曲元試驗(yàn)，不但在開槽過程中對試樣造成較大的擾動，而且所得測試結(jié)果的波形雜亂、干擾信號多、可靠性差，難以判斷接受信號的初始到達(dá)時間,從而無法正確計(jì)算出剪切波在試樣中的傳播速度并以此確定試樣的剛度。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種既能在防止試樣移動或轉(zhuǎn)動的情況下同時在其水平和垂直方向精準(zhǔn)對位開槽的裝置。