[發明專利]一種檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置

在審

• 申請號: 202111482284.9
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114216801A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 范立峰;賈琳;王夢
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.用于檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置，其特征在于：包括：發射裝置、加熱控溫裝置、圖像采集裝置、數據處理裝置四部分；發射裝置設置在加熱控溫裝置的側部，圖像采集裝置正對加熱控溫裝置，圖像采集裝置與數據處理裝置連接；

加熱控溫裝置包括保溫外殼、石棉隔熱層、加熱絲、控溫板和密封板；石棉隔熱層位于保溫外殼內部；石棉隔熱層中部有一個長條形的凹槽，用于放置巖桿，凹槽內部裝有兩個定滑輪用于支撐圓柱形巖石桿，減少巖石桿運動時受到的摩擦；加熱絲均勻分布在凹槽上部，用于加熱巖桿；加熱裝置的加熱絲中平均分布四個控溫板，具有50段可編程PID自整定，設定好不同區域的加熱溫度和加熱時間，自動控溫，分模塊控制不同區域的溫度，通過對巖石不同程度的高溫加熱，使巖石產生不同梯度分布的微缺陷；采用密封板將凹槽兩端密封，密封板包括凹槽前端和凹槽后端的密封板，密封板外部為金屬外殼和石棉內層，用于高溫加熱時將加熱系統的凹槽前后密封，避免因熱量散失引起測量誤差；

圖像采集裝置包括四臺高速攝影機，四臺高速攝影機鏡頭分別對準巖桿中軸線平均分布的四個部位，測量應力波在巖桿中傳播時巖桿的變形。

2.根據權利要求1所述的用于檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置，其特征在于：高速攝影機在拍攝應力波在巖體中的傳播時，選用的參數為10萬幀，每張照片間隔為0.01ms，拍攝分辨率為256×128像素，鏡頭采用1:1放大倍率微距鏡頭；高速攝影機像素點大小為20μm，實際拍攝區域大小為5.12mm×2.56mm。

3.根據權利要求1所述的用于檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置，其特征在于：發射裝置包括發射裝置底座、支座、發射腔室、子彈；子彈位于發射腔室內，子彈的表面與發射腔室的內表面相接觸并涂有潤滑劑，發射腔室與發射裝置底座用支座相連接，發射腔室內設有空氣壓縮機，能夠通過不同空氣壓力產生不同沖擊速度。

4.根據權利要求1所述的用于檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置，其特征在于：保溫外殼采用不銹鋼材料，為雙層強制風冷構造，使爐內在最高溫度時，爐殼外部溫度接近室溫，最高不高于40℃。

5.根據權利要求1所述的用于檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置，其特征在于：數據處理裝置為安裝DIC軟件的電腦，將圖像采集裝置得到的影像資料導入帶有DIC軟件的電腦中，進行數據分析，進而得到高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中的傳播系數，以檢測應力波的傳播特性。

6.根據權利要求1所述的用于檢測高溫下應力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗裝置，其特征在于：該裝置的實施步驟如下：S1選取兩根巖桿，將桿放置在加熱裝置凹槽處，巖桿左端面與發射腔室內的子彈垂直，然后按照試驗要求設定好巖桿不同區域的加熱溫度，設定各區段距離與加熱溫度及加熱時間；各區段巖桿從左到右不均勻受熱產生微缺陷，不同的加熱溫度和不同的加熱時間使巖桿內部產生的微缺陷發生擴展，從而呈現復雜的空間梯度分布特征，即可得到高溫下微缺陷呈梯度分布的巖桿；

S2在巖桿處于加熱過程中，便安裝好高速攝影機，四臺高速攝影機平均距離放置于巖桿前方，高速攝影機鏡頭的拍攝角度垂直于巖桿中軸線；隨后，將高速攝影機與安裝好DIC軟件的電腦連接，以便接收圖像信息；

S3將子彈放置在發射腔室內部；

S4待試驗溫度達到要求，此時巖桿內部微缺陷擴展呈梯度分布，將加熱裝置上蓋打開；

S5為了防止溫度迅速下降，打開加熱裝置上蓋后，立即開啟發射系統，使空氣壓縮機產生的空氣壓力以一定的沖擊速度發射子彈，并用高速攝影機分別記錄下巖桿中軸線四個部位在高溫下的局部變形；

S6將高速攝影機記錄的影像資料導入裝有DIC軟件的電腦中，保存試驗數據，進行數據分析，以檢測應力波的傳播；

S7再將桿2按上述步驟重復操作，以檢測應力波的傳播；

S8將桿1和桿2所檢測到的波形圖進行比較，即可分析梯度分布微缺陷巖體對應力波的傳播的影響，得到微缺陷的梯度分布特性顯著影響著應力波的傳播。