[發(fā)明專利]氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測裝置、系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011490186.5
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112763329B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 張冰;王漢鵬;袁亮;王粟;于欣平;邢嘉鵬;鄭瑞階
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳曉敏

1.氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測裝置，其特征在于，包括缸體，缸體內設有由柔性材質制成的氣囊，氣囊包括用于貼合試件外周面的密封部，密封部外周面一體式設有內部具有空腔的圍壓加載部，密封部兩端伸出至缸體外部并且能夠密封固定在第一壓頭和第二壓頭的外周面，所述缸體兩端設置有密封部伸出的孔洞，所述孔洞的孔面為傾斜面，與缸體的軸線呈設定夾角；第一壓頭和第二壓頭內分別設有與探傷儀連接的超聲波接收探頭和超聲波發(fā)射探頭，密封部設有延伸至缸體外部的進氣管，圍壓加載部設有延伸至缸體外部的圍壓介質進管和圍壓介質出管；所述進氣管位于密封部的中間位置，其為貫穿圍壓加載部和缸體的缸壁的橡膠管，通過進氣管能夠使得密封部內部空間與缸體外部空間連通；所述第一壓頭固定有多個第一活塞，所述第二壓頭固定有多個第二活塞，第一活塞筒和第二活塞筒均設有用于向其內部注入氣體的氣體入口；

所述第一壓頭和第二壓頭內部均設置有探頭密封套，超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭的頭部均設置在探頭密封套內部，所述探頭密封套與抽真空機構連接。

2.如權利要求1所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測裝置，其特征在于，所述第一活塞與固定設置的第一活塞筒滑動連接，多個第一活塞的截面面積之和等于第一壓頭用于與試件接觸的端面面積，所述第二活塞與固定設置的第二活塞筒滑動連接，多個第二活塞的截面面積之和等于第二壓頭用于與試件接觸的端面面積。

3.如權利要求2所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測裝置，其特征在于，多個所述第一活塞沿第一圓周均勻分布，第一圓周的圓心位于第一壓頭的軸線上，多個所述第二活塞沿第二圓周均勻分布，第二圓周的圓心位于第二壓頭的軸線上。

4.如權利要求1所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測裝置，其特征在于，所述第一壓頭和第二壓頭內均設有彈性件，用于對超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭施加預緊壓力。

5.氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測系統(tǒng)，其特征在于，包括權利要求1-4任一項所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測裝置，所述進氣管與氣源裝置連接，所述圍壓介質進管與圍壓介質供給裝置連接，還包括軸向加載裝置，用于通過第一壓頭和第二壓頭對試件施加沿試件軸線方向的荷載。

6.如權利要求5所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測系統(tǒng)，其特征在于，所述圍壓介質供給裝置采用液壓站，液壓站的出口通過進油管與圍壓介質進管連接，液壓站的入口通過出油管與圍壓介質出管連接，所述出油管上安裝有恒溫裝置及質量流量計。

7.如權利要求6所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測系統(tǒng)，其特征在于，所述恒溫裝置采用安裝有制熱件和制冷件的油箱。

8.一種權利要求5所述的氣固耦合煤巖三軸力學損傷實時探測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

將預先制備好的試件放入密封部中；

在試件的上下兩端分別安裝第一壓頭和第二壓頭，并將密封部的兩個端部分別與裝入超聲波發(fā)射探頭的第一壓頭和裝入有超聲波接收探頭的第二壓頭密封固定；

啟動圍壓介質供給裝置，通過圍壓介質進管向圍壓加載部的空腔內注入恒溫的圍壓介質，對試件施加圍壓；

開啟探傷儀，采用獲取無損傷試件的縱波波速，并保持探傷儀開啟狀態(tài)；

啟動氣源裝置，利用氣源裝置向試件充入設定壓力的氣體，實現試件的氣體填充；

開啟軸向加載裝置，通過第一壓頭和第二壓頭對試件施加軸向荷載，通過探傷儀實時獲取試件內縱波波速，并計算得到試件的損傷度。