[發明專利]顆粒物質破碎時的能耗測量系統及測算方法

在審

• 申請號: 202010962983.2
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112098241A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 張俊文;張京安
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01N3/02
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務所(普通合伙) 13113
• 代理人: 李琳;賀壽元

本發明屬于巖石動力學與沖擊試驗技術領域，公開了一種顆粒物質破碎時的能耗測量系統及測算方法，系統中沖擊組件與導向組件滑動連接，升降組件與沖擊組件連接，入射桿下端套裝在套筒上端部，套筒下端部套裝在透射桿上端，入射桿和透射桿的表面分別設有第一應變片和第二應變片，第一應變片和第二應變片均與數據采集處理單元連接；測算方法為：釋放沖擊組件對試件進行撞擊,計算試件上端面峰值應力、上下端界面系數、下端面峰值應力和能耗。本發明提供的顆粒物質破碎時的能耗測量系統調節靈活，有效地對顆粒物質進行撞擊，使其破碎，試驗效率高，測量準確，且操作簡單。本發明適用于顆粒物質的能耗測量。

技術領域

本發明屬于巖石動力學與沖擊試驗技術領域，涉及一種能耗測量系統，具體地說是一種顆粒物質破碎時的能耗測量系統及測算方法。

背景技術

微觀尺度上，基于離散元方法的基本思想，通過堆積和膠結一系列具有特定力學性質的顆粒來構建巖土體模型，空間中的每一個顆粒，都可以根據它的位置來計算與它臨近顆粒的接觸受力，在每一個時間步內可以計算出受力大小，然后不斷地迭代，第一層顆粒擠壓第二層顆粒，以此類推，隨著時間步迭代，就可以觀察到應力波在整體模型中的傳播和能量消耗的情況，進而得到宏觀巖石和土體的變形和破壞模型。

基于離散顆粒流軟件PFC^3D所建立的散體顆粒模型表明，脆性散體顆粒在受到沖擊加載時，會對應力波傳播產生顯著的衰減作用。在沖擊加載下，散體顆粒中傳播的應力波峰值整體呈指數型衰減，隨著傳播距離的增大，應力波衰減程度逐漸減小，顆粒破碎程度也逐漸減小。矸石等脆性材料由大量的脆性散體顆粒組成，具有松散、多孔、易壓縮等特性，應力波在此類松散脆性材料中的傳播通常會呈現顯著的衰減規律。

目前，散體脆性顆粒作為消波耗能材料已被廣泛應用于防護領域，用作沖擊、爆炸等的能量吸收。現有的散體脆性顆粒破碎的能耗測量采用的為分離式霍普金森桿，分離式霍普金森桿(Split Hopkinson Pressure Bar)是一種測量材料動態力學性質的裝置，它的組成包括發射系統，試驗桿系統和數據采集與處理系統，其原理是發射系統激發的應力波在試驗桿中傳播時兼具加載和測試的作用，依據實驗桿中波傳播的信息對試樣兩端面的應力—時間關系進行解析，從而獲得試樣的動態相應特征。然而，這種子彈射擊加載的方式不能調節沖擊的能量，而且測量應力的應力計通常埋置在沙土中來獲取試件中的應力波信號，由于波阻抗的差異，應力計很難準確反應沙土中的實際應力狀態，且應力計的存在，必然會對試件中波的傳播造成影響。

發明內容

本發明的目的，是要提供一種顆粒物質破碎時的能耗測量系統，實現對顆粒物質破碎時的沖擊能量可調，而且測量準確，同時，操作簡單；本發明的另一個目的，是要提供一種顆粒物質破碎時的能耗測算方法。

本發明為實現上述目的，所采用的技術方法如下：

一種顆粒物質破碎時的能耗測量系統，包括沖擊試驗裝置和能耗測量裝置，沖擊試驗裝置包括沖擊組件、控制沖擊組件沖擊方向的導向組件和控制沖擊組件升降的升降組件，沖擊組件與導向組件滑動連接，升降組件與沖擊組件連接；能耗測量裝置包括入射桿，沖擊組件位于入射桿上方，釋放時撞擊入射桿上端，入射桿下端套裝在套筒上端部，套筒下端部套裝在透射桿上端，入射桿和透射桿的表面分別設有第一應變片和第二應變片，第一應變片和第二應變片均與數據采集處理單元連接。

作為限定：顆粒物質破碎時的能耗測量系統還包括主體框架，沖擊試驗裝置和能耗測量裝置設置于主體框架內部；導向組件為兩個導向柱，兩個導向柱分別設置在沖擊組件兩側，導向柱一端均固定在主體框架底部，另一端連接有能沿導向柱上下滑動的沖擊組件。

作為進一步限定：沖擊組件為落錘，落錘包括落錘架和安裝在落錘架內的重錘，落錘架上設置有卡槽，重錘上設置有鎖緊單元，落錘架的卡槽與重錘上設的鎖緊單元卡緊；升降組件包括驅動單元和連接繩，驅動單元與連接繩傳動連接，連接繩與落錘架上端的吊環連接。