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原文传递土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置及方法

专利名称：	土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置及方法
摘要：	本发明提供一种土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置及方法，属于岩土工程技术领域。该装置包括轴压系统、围压系统和扫描系统。轴压系统包括伺服电机、减速机、轴承套、活塞、壳体和丝杠。伺服电机连接减速机。围压系统包括压力室、压力传感器、上压头、下压头、提升油缸升降杆、提升油缸底座和提升油缸横梁。压力室底部与转台相连接。扫描系统包括X射线发射机、探测器、X射线源、传动电机、传动减速机、传动电机座、传动丝杠、传动轴承座、传动轨道槽、铁垫、竖直机架、螺丝和定位孔。传动电机和传动轴承座通过螺丝固定在竖直机架上。本发明可在循环加载实验条件下，实时获知试样破裂过程内部变形、裂纹发展及破坏。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京科技大学
发明人：	王宇;高少华;李搏;童永杰;任俊宇;易雪枫
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010097808.1
公开号：	CN111157557A
代理机构：	北京市广友专利事务所有限责任公司
代理人：	张仲波
分类号：	G01N23/046;G;G01;G01N;G01N23;G01N23/046
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路30号
主权项：	1.一种土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：包括轴压系统、围压系统和扫描系统，轴压系统包括伺服电机(1)、减速机(2)、轴承套(5)、活塞(6)、壳体(4)和丝杠(7)，伺服电机(1)和减速机(2)直接相连，伺服电机(1)和减速机(2)通过连接件(3)与轴承套(5)相连，轴承套(5)下部设置壳体(4)，壳体(4)内设置活塞(6)和丝杠(7)，活塞(6)和丝杠(7)相连，丝杠(7)下部连接围压系统；围压系统包括压力室(8)、压力传感器(17)、上压头(21)、下压头(22)、提升油缸升降杆(32)、提升油缸底座(34)和提升油缸横梁(37)，压力室(8)内通过上压头(21)和下压头(22)固定试样(18)，上压头(21)上部设置压力传感器(17)，提升油缸横梁(37)横跨在装置两侧，提升油缸横梁(37)中部连接连接件(3)，提升油缸横梁(37)两端连接提升油缸升降杆(32)，提升油缸升降杆(32)通过铁垫(33)固定在提升油缸底座(34)上；扫描系统包括设于压力室(8)两侧的X射线发射机(24)、探测器(23)、X射线源(25)、传动电机(26)、传动减速机(27)、传动电机座(28)、传动丝杠(29)、传动轴承座(30)、传动轨道槽(31)、竖直机架(35)、螺丝(36)和定位孔(38)，传动电机(26)和传动轴承座(30)通过螺丝(36)固定在竖直机架(35)上，传动电机(26)和传动减速机(27)通过螺丝(36)连接，传动减速机(27)和传动电机座(28)通过螺丝(36)连接，传动丝杠(29)通过传动电机座(28)和传动轴承座(30)安装固定在竖直机架(35)的上下端，X射线发射机(24)与探测器(23)分别与两侧传动轨道槽(31)紧密连接，竖直机架(35)上设置定位孔(38)。 2.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：所述轴承套(5)内部有深沟球轴承(19)和推力球轴承(20)，深沟球轴承(19)当仅承受径向载荷时，接触角为零；推力球轴承(20)由带有球滚动的滚道沟的垫圈状套圈构成。 3.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：所述压力室(8)上部和下部分别为压力室顶部(9)和压力室底部(10)，压力室(8)中间为压力室筒壁(11)，压力室底部(10)通过底部连接件(12)连接转台上部(13)，转台上部(13)下方设置转台下部(14)，转台下部(14)安装在试验机底座座台(15)上，试验机底座座台(15)安装在试验机底座刚性立柱(16)上。 4.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：所述X射线发射机(24)上设置X射线源(25)。 5.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：所述轴压系统和围压系统均置于CT转台上。 6.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：所述试样(18)的轴心线与上压头(21)和下压头(22)的轴心线对准。 7.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：所述上压头(21)和下压头(22)同步旋转，试样(18)不遭受任何扭矩。 8.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：该装置采用无线智能操控。 9.根据权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置，其特征在于：整套装置采用强度不低于1000MPa，密度不大于2.6g/cm3的透明玻璃材料制成。 10.应用权利要求1所述的土石混合体破裂过程表征与CT机配套的试验装置的方法，其特征在于：包括步骤如下： S1：制备土石混合体试样，用透明塑料管包裹后以备试验； S2：将试样装入压力室，试样的轴心线与压力室上压头和下压头轴心线对准； S3：检查转台上部装置，确定固定良好； S4：闭合配电柜总电源，电源指示灯亮，表明总电源工作正常，各分系统上电：依次闭合各分系统电源，X射线发射机得电，探测器和数据获取系统、扫描控制系统均得电； S5：启动X射线发射机，根据上次停机至今的时间长度选择预热模式并预热，同时启动计算机系统，通过以太网和光机建立连接，将扫描得到的CT切片传输到计算机； S6：在计算机系统控制站上设定土石混合体试样信息、选择或修改扫描参数； S7：扫描开始，X射线发射机出束，探测器接收信号，扫描装置分系统完成所需各种运动，扫描控制分系统进行实时控制； S8：通过导气管施加围压后，启动伺服电机，给试样施加轴向荷载，扫描期间调整伺服电机和减速机使试样加载发生变化，从而达到对试样的复杂应力扰动路径作用，实现对土石混合体的边加载边扫描，每次扫描结束时，X射线发射机停止出束，扫描装置分系统各设备停止运动； S9：当在图像上发现可疑缺陷时，在图像上定位缺陷高度，在指定检测高度上进行CT扫描重建或者再次实验； S10：关闭CT机放射源，对压力室进行卸荷，拆除试样，结束试验； S11：重复上述S2-S10，进行试验； S12：所有检测任务完成后，等待X射线发射机散热后，关闭X射线发射机电源，关闭计算机电源、数控系统电源，断开各分系统开关，断开系统总电源； S13：分析所得试验数据，获取动态扰动下试样的破裂演变信息，实现土石混合体破裂过程的可视化和数字化。
所属类别：	发明专利