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原文传递单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置和测试方法

专利名称：	单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置和测试方法
摘要：	本发明提供了一种单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置和测试方法，单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置包括支撑平台、加载杆件系统、电磁脉冲发射系统、法向压力伺服控制加载系统、数据监测与采集系统。基于本发明所述试验装置，可以开展接近实际工况条件下的恒定法向压力的岩石类材料动态剪切试验研究，并且可根据试验需要，选用不同试验尺寸大小的完整岩石类试样或含单一结构面的节理岩石类试样开展应变率为101~103s‑1条件下的动态剪切力学特性和剪切破坏规律研究，从而可为岩体工程和结构工程等的设计、施工、防护以及安全性和稳定性评估提供重要的理论基础和技术支持。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	深圳大学
发明人：	朱建波;谢和平;周韬;高明忠;李存宝;廖志毅;王俊;张凯
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910646450.0
公开号：	CN110441170A
代理机构：	深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙)
代理人：	胡玉
分类号：	G01N3/317(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	518000广东省深圳市南山区南海大道3688号
主权项：	1.一种单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置，其特征在于：包括支撑平台(1)、左侧电磁脉冲激发腔(2)、左侧电磁脉冲激发腔支座(3)、左侧应力波加载杆(4)、应力波加载杆支座(5)、右侧电磁脉冲激发腔(6)、右侧电磁脉冲激发腔支座(7)、右侧应力波加载杆(8)、底板(9)、顶板(10)、支撑柱(11)、液压加载装置(12)、作动器(13)、基座(14)、测试试样(15)及应变片(16)；试验装置以测试试样(15)为中心，布置于其左右两侧，左侧动态剪切加载装置包括左侧电磁脉冲激发腔(2)、左侧电磁脉冲激发腔支座(3)、左侧应力波加载杆(4)和应力波加载杆支座(5)，其中左侧电磁脉冲激发腔(2)安置于左侧电磁脉冲激发腔支座(3)上，左侧电磁脉冲激发腔(2)和左侧电磁脉冲激发腔支座(3)能够在支撑平台(1)上沿加载杆轴向移动并固定在满足试验需求的位置处；左侧应力波加载杆(4)平放在应力波加载杆支座(5)的卡槽内，并能够在支座卡槽内自由的左右滑动；左侧应力波加载杆(4)的入射端与左侧电磁脉冲激发腔(2)的右侧应力波输出端面自由接触，将应力波传入至左侧应力波加载杆，随后应力波沿着杆轴线方向向测试试样传播并对其进行从左往右施加动态剪切荷载；右侧动态剪切加载装置包括右侧电磁脉冲激发腔(6)、右侧电磁脉冲激发腔支座(7)、右侧应力波加载杆(8)以及应力波加载杆支座(5)，其中右侧电磁脉冲激发腔(6)安置于右侧电磁脉冲激发腔支座(7)上，右侧电磁脉冲激发腔(6)和右侧电磁脉冲激发腔支座(7)能够在支撑平台(1)上沿加载杆轴向移动并固定在满足试验需求的位置处；右侧应力波加载杆(8)平放在应力波加载杆支座(5)的卡槽内，并能够在支座卡槽内自由的左右滑动；右侧应力波加载杆(8)的入射端与右侧电磁脉冲激发腔(6)的左侧应力波输出端面自由接触，将应力波传入至右侧应力波加载杆，随后应力波沿着杆轴线方向向测试试样传播并对其进行从右往左施加动态剪切荷载；法向压力伺服控制加载系统包括底板(9)、顶板(10)、支撑柱(11)、液压加载装置(12)、作动器(13)和基座(14)，其中底板(9)和顶板(10)通过支撑柱(11)连接起来构成法向压力伺服控制加载装置的加载框架系统，液压加载装置(12)固定在顶板(10)上，作动器(13)与液压加载装置(12)连接，用于将液压加载装置提供的油压传递至测试试样(15)的上表面，基座(14)位于底板(9)上，用于安放测试试样(15)，并且基座(14)与作动器(13)一起构成一组作用力和反作用力结构，分别对测试试样(15)从下表面和上表面施加静态法向压力；所述应变片(16)分别粘贴于左侧应力波加载杆(4)和右侧应力波加载杆(8)的上下表面。 2.根据权利要求1所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置，其特征在于：还包括信号放大器、数据记录仪和计算机，动态剪切测试时，应变片(16)将左侧应力波加载杆(4)和右侧应力波加载杆(8)上分别监测到的应变信号通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。 3.根据权利要求1所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置，其特征在于：其中底板(9)和顶板(10)通过四根圆柱状支撑柱(11)连接起来构成法向压力伺服控制加载装置的加载框架系统。 4.根据权利要求1所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置，其特征在于：液压加载装置(12)固定在顶板(10)的中心位置，基座(14)位于底板(9)的正中央。 5.根据权利要求1所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置，其特征在于：所述应变片(16)分别粘贴于左侧应力波加载杆(4)和右侧应力波加载杆(8)的上下表面中心位置处。 6.单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验测试方法，其特征在于：其利用权利要求1至5任意一项所述的试验装置，进行以下操作：将加工并打磨好的测试试样(15)安置于基座(14)上，将左侧应力波加载杆(4)平放在加载杆支座(5)的卡槽内，并确保左侧应力波加载杆(4)可在卡槽内自由的左右滑动，随后将左侧应力波加载杆(4)的右侧加载端面与带测试试样(15)左侧动态剪切加载面的下半截面对齐并充分贴合在一起，同时将左侧电磁脉冲激发腔(2)安置于左侧电磁脉冲激发腔支座(3)上，并将二者调节至左侧应力波加载杆(4)的末端，以使左侧电磁脉冲激发腔(2)的右侧应力波输出端面与左侧应力波加载杆(4)的入射应力波加载端面对齐并充分贴合在一起；将右侧应力波加载杆(8)平放在加载杆支座(5)的卡槽内，并确保右侧应力波加载杆(8)可在卡槽内自由的左右滑动，随后将右侧应力波加载杆(8)的左侧加载端面与测试试样(15)右侧动态剪切加载面的上半截面对齐并充分贴合在一起，同时将右侧电磁脉冲激发腔(6)安置于右侧电磁脉冲激发腔支座(7)上，并将二者调节至右侧应力波加载杆(8)的末端，以使右侧电磁脉冲激发腔(8)的左侧应力波输出端面与右侧应力波加载杆(8)的入射应力波加载端面对齐并充分贴合在一起；根据试验设定法向压力值，通过法向液压加载伺服控制系统调节液压加载装置(12)驱动作动器(13)在测试试样(15)上表面根据设定加载速率施加静态法向压力，待法向压力达到设定值并保持稳定后，操作电磁脉冲激发控制系统驱动左侧电磁脉冲激发腔(2)和右侧电磁脉冲激发腔(6)同步激发并输出试验设定幅值和持续时长的入射应力波，入射应力波随后沿左右两侧加载杆向测试试样(15)传播并对其进行动态剪切加载；加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆的应变片(16)，实时监测杆中入射应变信号和反射应变信号，当利用应变片(16)所监测到的应变信号数据显示动态剪切过程带单一节理面的测试试样(15)左右两端面所施加的动态剪切荷载基本一致时，认为带单一节理面的花岗岩动态剪切过程达到了应力平衡状态，根据一维应力波传播理论，利用应变片(16)所监测的应变数据，按照下述公式进行计算，获取测试试样在试验设定法向压力下的动态剪切强度τ(t)：其中，E和A分别为应力波加载杆的弹性模量与杆的横截面面积；As为测试试样的剪切面面积，ε左入射和ε左反射分别为应变片从左侧应力波加载杆上监测的入射应变信号和反射应变信号，ε右入射和ε右反射分别为应变片从右侧应力波加载杆上监测的入射应变信号和反射应变信号。 7.根据权利要求6所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验测试方法，其特征在于：所述动态剪切加载过程，法向静态压力在法向液压加载伺服控制系统的调控下保持恒定不变，从而实现恒定法向压力的动态剪切加载试验。 8.根据权利要求6所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验测试方法，其特征在于：测试试样(15)安置于基座(14)的表面正中心。 9.根据权利要求6所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验测试方法，其特征在于：动态剪切加载过程，利用超高速摄像仪以每秒拍摄10至100万帧相片的速率对测试试样(15)剪切面侧面进行实时拍摄节理面动态剪切破坏过程，将其用于分析测试试样(15)的动态剪切破裂规律。 10.根据权利要求6所述的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验测试方法，其特征在于：加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆中心位置处的应变片(16)实时监测杆中入射应变信号和反射应变信号，并将其通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终再通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。
所属类别：	发明专利