[發明專利]一種變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機及試驗方法

有效

• 申請號: 202110361577.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113075049B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 范德源;劉學生;譚云亮;李學斌;王新;武允昊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群;段毅凡

1.一種變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機，其特征在于，包括頂梁、立柱、動載施加裝置、靜載施加裝置、監測裝置、底座、加載控制系統和信號采集裝置，其中，

頂梁通過立柱連接至底座，底座上設置靜載施加裝置，靜載施加裝置上方的頂梁上設置動載施加裝置，靜載施加裝置和動載施加裝置均連接至加載控制系統，試驗機上還設置有監測裝置，監測裝置連接至信號采集裝置；

動載施加裝置包括外殼、蓄能油缸、沖擊螺桿、引發裝置和旋轉控制器，蓄能油缸連接至頂梁，蓄能油缸輸出端外側設置外殼，外殼為鋼制筒狀結構，蓄能油缸輸出端連接沖擊螺桿，沖擊螺桿置于外殼內，沖擊螺桿連接引發裝置，引發裝置穿過外殼連接旋轉控制器，旋轉控制器連接至加載控制系統；

沖擊螺桿包括蓄能彈簧、桿體和加載底盤，蓄能彈簧一端連接至蓄能油缸輸出端，蓄能彈簧另一端連接桿體，桿體連接至加載底盤，桿體表面豎向設置傳動螺紋，桿體通過傳動螺紋連接至引發裝置，蓄能油缸連接至加載控制系統；

引發裝置包括穩定器、肋板、傳動桿和齒輪，齒輪為一側設置輪齒的非對稱齒輪，齒輪通過傳動螺紋嚙合至桿體，齒輪中部設置通孔，通孔內設置肋板，傳動桿通過肋板連接至齒輪，傳動桿穿過肋板的一端設置穩定器，傳動桿另一端連接至旋轉控制器。

2.如權利要求1所述的變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機，其特征在于，加載底盤為鋼制圓盤，加載底盤半徑小于外殼內徑。

3.如權利要求1所述的變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機，其特征在于，穩定器為鋼制實心圓柱體。

4.如權利要求1所述的變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機，其特征在于，靜載施加裝置包括加載油缸和靜載加壓臺，靜載加壓臺設置于底座上，靜載加壓臺上設置加載油缸，加載油缸連接至加載控制系統。

5.如權利要求4所述的變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機，其特征在于，監測裝置包括上傳感器、下傳感器、動載傳感器和蓄能傳感器，上傳感器、下傳感器、動載傳感器和蓄能傳感器均為應力傳感器，蓄能油缸和外殼之間設置上傳感器，靜載加壓臺和加載油缸之間設置下傳感器，外殼內設置動載傳感器，動載傳感器一端固定于外殼內部上表面，另一端固定于加載底盤，蓄能油缸和蓄能彈簧之間設置蓄能傳感器。

6.一種如權利要求5所述的變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機的靜態加載試驗方法，其特征在于，操作步驟如下：

(1)將煤巖石試件固定在靜載加壓臺上；

(2)通過加載控制系統控制加載油缸對煤巖石試件施加不同軸壓，實現靜態加載；

(3)利用上傳感器和下傳感器監測靜態加載過程中煤巖體應力數據并計算得到應變數據，記錄在信號采集裝置內，完成靜態加載試驗。

7.一種如權利要求5所述的變頻變強度動靜組合加載巖石力學試驗機的動靜組合加載試驗方法，其特征在于，操作步驟如下：

(1)將煤巖石試件固定在靜載加壓臺上，通過加載控制系統控制加載油缸對煤巖石試件施加軸壓，施加軸壓小于煤巖石單軸抗壓強度，實現靜態加載，并利用上傳感器和下傳感器監測靜態加載過程中煤巖體應力數據并計算得到應變數據，記錄在信號采集裝置內；

(2)根據試驗方案設計的動載強度和蓄能彈簧自身的勁度系數確定蓄能彈簧所需的壓縮變形值，加載控制系統控制蓄能油缸壓縮蓄能彈簧至壓縮變形值，蓄能傳感器監測蓄能載荷大小；

(3)控制旋轉控制器設定轉動圓頻率，利用傳動桿旋轉帶動齒輪作用在桿體上，使得桿體帶動加載底盤做軸向簡諧運動，加載底盤通過外殼對煤巖石試件進行設定頻率強度下的動載施加，動載傳感器對動載荷頻率和強度進行監測；

(4)調整蓄能彈簧的壓縮變形值和轉動圓頻率，重復步驟(2)(3)，進行不同頻率強度下的動載施加，直至煤巖石破壞；

(5)試驗結束后，加載油缸停止加載，紀錄信號采集裝置內的試驗數據，并計算巖石試件破壞過程中蓄能彈簧壓縮后的內部彈性能。