[發明專利]一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及方法

在審

• 申請號: 202011291970.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112504870A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 于龍;扈曉飛;楊慶;楊鋼;韓云瑞;王澤明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01L11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統，其特征在于，該測試系統包括下剪切結構物—測量裝置、恒溫水浴槽(1)、導熱管(2)、加熱制冷循環器(3)、水浴槽蓋板(4)、下剪切盒傳力梁(5)、試樣加載頂板(6)、試樣加壓帽(7)、傳力桿(8)、法向位移傳感器(9)、彈簧架(10)、法向應力施加裝置(11)、試樣(12)、電信號解調儀(13)、溫度傳感器(14)、密封環一(15)、密封環二(16)、法向應力傳感器(17)、水平位移施加裝置(18)、水平位移傳感器(19)、滑道(20)、下剪切盒承臺(21)、電纜一(22)、計算機(23)、孔隙水壓力傳感器(30)、水平作動軸(37)、水平固定軸(38)、試樣剪切盒(40)、試樣盒傳力梁(41)、密封環三(42)、水平固定裝置(43)、水平應力傳感器(44)、排水閥(45)、閥門一(46)和閥門二(47)；

所述的下剪切結構物—測量裝置包括結構頂板(24)、側面框架結構一(25)、側面框架結構二(26)、摩擦板(27)、拉壓傳感器一(28)、拉壓傳感器二(29)、金屬軟管(31)、結構底板(32)、直線導軌一(33)、硅膠密封圈(34)、側面框架結構三(35)、側面框架結構四(36)、透水石(39)、直線導軌二(48)、凹槽(49)和電纜二(50)；側面框架結構一(25)、側面框架結構二(26)、側面框架結構三(35)和側面框架結構四(36)圍成中間具有空間結構的框體，四者位于統一水平面上，側面框架結構一(25)和側面框架結構二(26)結構相同，側面框架結構三(35)和側面框架結構四(36)結構相同，側面框架結構三(35)和側面框架結構四(36)夾在側面框架結構一(25)和側面框架結構二(26)之間；結構頂板(24)和結構底板(32)分別固定于框體的上部和下部，結構頂板(24)的上表面中心位置處開有方形通孔，方形通孔周圍為摩擦面；摩擦板(27)的截面為凸型，其上表面為為粗糙表面，確保摩擦板(27)上表面與試樣(12)下表面接觸；摩擦板(27)置于框體內部的空間結構中，其上表面與結構頂板(24)上表面相平；結構頂板(24)和摩擦板(27)之間有一定縫隙，通過硅膠密封圈(34)填充；摩擦板(27)的左右兩側面分別與拉壓傳感器一(28)和拉壓傳感器二(29)一端連接；摩擦板(27)分別與直線導軌一(33)和直線導軌二(48)連接，確保摩擦板(27)的下表面與直線導軌一(33)和直線導軌二(48)的上表面處于同一水平面；直線導軌一(33)和直線導軌二(48)位于框體內部的空間結構中；摩擦板(27)上表面中心處設有一凹槽(49)，確保透水石(39)固定其中；凹槽(49)底部中心處設有一通孔，便于金屬軟管(31)穿過，確保透水石(39)的下表面與金屬軟管(31)頂部處于同一水平面，并確保透水石(39)上表面與摩擦板(27)上表面處于同一水平面；

所述的拉壓傳感器一(28)和拉壓傳感器二(29)位于框體內部的空間結構中，其另一端分別與側面框架結構一(25)、側面框架結構二(26)的內側表面相連接；所述的側面框架結構一(25)和側面框架結構二(26)開有螺紋通孔，便于電纜二(50)穿過；拉壓傳感器一(28)和拉壓傳感器二(29)均通過電纜二(50)與電信號解調儀(13)連接；

所述的金屬軟管(31)與恒溫水浴槽(1)外部的孔隙水壓力傳感器(30)連接；孔隙水壓力傳感器(30)通過電纜一(22)與電信號解調儀(13)連接；

所述的下剪切結構物—測量裝置嵌入至下剪切盒承臺(21)內；下剪切盒承臺(21)通過下剪切盒傳力梁(5)與水平作動軸(37)連接；試樣剪切盒(40)通過試樣盒傳力梁(41)與水平固定軸(38)連接；水平固定軸(38)固定于水平固定裝置(43)上；

所述的恒溫水浴槽(1)外壁設有兩個通孔，分別位于恒溫水浴槽(1)外壁的頂部和底部，分別連接閥門一(46)和閥門二(47)；閥門一(46)和閥門二(47)分別通過導熱管(2)與加熱制冷循環器(3)連接；

所述的水浴槽蓋板(4)蓋裝在恒溫水浴槽(1)上，其上表面設有兩個通孔，一通孔便于電纜二(50)穿過，確保其密封性；另一通孔處于水浴槽蓋板(4)上表面中心處，便于傳力桿(8)穿過；密封環三(42)固定于水浴槽蓋板(4)與傳力桿(8)的相交處；

所述的傳力桿(8)頂端與彈簧架(10)連接，確保傳力桿(8)和彈簧架(10)的基軸處于豎直狀態；彈簧架(10)頂端與法向應力施加裝置(11)連接；彈簧架(10)只能在法向應力施加裝置(11)作用下上下豎直移動，不可左右移動或轉動；

所述的傳力桿(8)底端與試樣加壓帽(7)接觸，確保傳力桿(8)軸心與試樣加壓帽(7)軸心處于同一垂直線上；試樣加壓帽(7)的底端與試樣加載頂板(6)的頂端接觸，試樣加載頂板(6)只能在法向應力施加裝置(11)作用下上下豎直移動，不可左右移動或轉動；

所述的試樣(12)位于試樣剪切盒(40)的內部，試樣(12)頂端與試樣加載頂板(6)底端接觸，確保試樣(12)頂端與試樣加載頂板(6)底端處于同一水平面；

所述的法向位移傳感器(9)固定在傳力桿(8)的側面，確保法向位移傳感器(9)的基軸處于豎直狀態；法向位移傳感器(9)通過電纜一(22)與電信號解調儀(13)連接；溫度傳感器(14)固定于水浴槽蓋板(4)上，確保溫度傳感器(14)的有效測試段位于恒溫水浴槽(1)內部的熱交換液面下，通過電纜一(22)與電信號解調儀(13)連接；

所述的恒溫水浴槽(1)底端橫向軸心處開有一對通孔，便于水平作動軸(37)和水平固定軸(38)穿過；所述的水平作動軸(37)的右端與下剪切盒傳力梁(5)連接，左端與水平位移施加裝置(18)連接，確保水平作動軸(37)只能在水平位移施加裝置(18)作用下水平移動，不可上下移動或轉動；所述的水平固定軸(38)左端與試樣盒傳力梁(41)連接，右端與水平應力傳感器(44)連接；確保下剪切盒傳力梁(5)、水平作動軸(37)、水平固定軸(38)、試樣盒傳力梁(41)和水平應力傳感器(44)的基軸處于同一水平線；

所述的水平應力傳感器(44)固定于水平固定裝置(43)上，確保水平固定軸(38)、水平應力傳感器(44)和水平固定裝置(43)不可移動或轉動；

所述的密封環一(15)固定于水平作動軸(37)和恒溫水浴槽(1)的相交處；所述的密封環二(16)固定于水平固定軸(38)和恒溫水浴槽(1)的相交處；

所述的水平位移傳感器(19)固定在水平作動軸(37)的上表面，確保水平位移傳感器(19)的基軸平行于水平作動軸(37)的基軸；

所述的下剪切盒承臺(21)固定在滑道(20)，確保下剪切盒承臺(21)的下表面與滑道(20)的上表面處于同一水平面；滑道(20)的下表面與恒溫水槽(1)的底面接觸，在水平位移施加裝置(18)的作用下左右運動，不可上下移動或滾動，接觸面之間的摩擦為滾動摩擦；

所述的孔隙水壓力傳感器(30)和排水閥(45)、金屬軟管(31)通過三通接頭連接；

所述的法向應力傳感器(17)和水平應力傳感器(44)通過電纜一(22)分別與電信號解調儀(13)連接；電信號解調儀(13)與計算機(23)連接。