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原文传递一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置及其标定调整方法

专利名称：	一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置及其标定调整方法
摘要：	一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置，包括加载板、锁紧螺杆、集热导热块、加热元件、压力测试纸和垫片式压力传感器，与之配套使用的一种标定调整方法，包含如下步骤：步骤一：单侧围压加载方向上的预安装；步骤一中测量误差超出10％时，需要在步骤一之前对所述传感器进行步骤0；步骤0：标定测试；步骤二：单侧围压加载方向上的围压预加载；步骤三：围压预加载精度判断；步骤四：调整环节；步骤五：单侧围压加载方向上的正式安装与加载。上述的冷缩型夹板式岩石围压模拟装置及其标定调整方法具有结构简单、成本低廉和便于维护操作，确保了加载板向岩石试样块施加均匀且满足预设围压σ0大小要求的围压。
专利类型：	发明专利
申请人：	湘潭大学
发明人：	张魁;刘海成;刘艳玲;彭赐彩;何仕海;郭龙
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010204562.3
公开号：	CN111175142A
分类号：	G01N3/12;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/12
申请人地址：	411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘街道湘潭大学
主权项：	1.一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置，包括加载板、锁紧螺杆、集热导热块、加热元件、压力测试纸和垫片式压力传感器，其特征在于：所述加载板对称设置于岩石试样块的待加载侧面；所述加载板的左右两端利用所述锁紧螺杆进行紧固；所述集热导热块与所述锁紧螺杆接触；所述加热元件插入所述集热导热块内，用于将所述锁紧螺杆加热至给定理论加热温度T；所述集热导热块的热量传导至所述锁紧螺杆使得所述锁紧螺杆伸长而旋进螺母，所述锁紧螺杆冷却后收缩以拉紧所述加载板，使得所述加载板向所述岩石试样块的待加载侧面施加围压；所述岩石试样块的待加载侧面与所述加载板之间设置有所述压力测试纸，所述加载板与所述螺母之间设置有所述垫片式压力传感器。 2.根据权利要求1所述的冷缩型夹板式岩石围压模拟装置，其特征在于：所述加载板和所述锁紧螺杆采用铰制孔用螺栓配合，所述一对加载板的左右两端之间通过导向定位杆可靠定位与导向。 3.一种与根据权利要求1或2所述的冷缩型夹板式岩石围压模拟装置配套使用的标定调整方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：单侧围压加载方向上的预安装；给定室温T0下，利用所述锁紧螺杆紧固相互正对的所述一对加载板，将位于其中一个围压加载方向上的所述岩石试样块的待加载侧面用所述加载板可靠夹持，所述锁紧螺杆的预紧力给定为Ft0；步骤二：单侧围压加载方向上的围压预加载；将所述锁紧螺杆加热至给定理论加热温度T，再拧紧所有所述螺母至给定预紧力Ft0；当所述锁紧螺杆冷却至室温T0后，所述锁紧螺杆冷缩产生的拉力分别作用于一对第一侧板或一对第二侧板；步骤三：围压预加载精度判断；从如下两个维度来评判：维度一：围压预加载均匀程度；测试获得压力测试纸上测试区域内各测试网格对应的压力读数值的修正值样本，当所述样本的总体标准偏差σP不大于总体标准偏差的判断阈值[σP]时，则认定围压预加载均匀；维度二：围压加载幅值水平的接近程度；当Y向实测围压值σ′y相对于预设围压σ0的相对误差eP不大于误差的判断阈值[eP]时，则认定围压预加载幅值水平达到预设围压σ0的幅值水平；记录围压预加载装配工艺参数；维度一与维度二均满足时，则认定该围压加载方向上的围压模拟精度满足试验要求，将围压预加载装配工艺参数标记为该围压加载方向上的最终装配工艺参数，并进入步骤五；否则：如果维度一满足，但维度二不满足，则进入步骤4-1；如果维度一不满足，但实测拉力值F1、F2、F3、F4、F5和F6的总体标准偏差σF大于判断阈值[σF]，则进入步骤4-2；如果维度一不满足，但实测拉力值F1、F2、F3、F4、F5和F6的总体标准偏差σF不大于判断阈值[σF]时，则进入步骤4-3；步骤五：单侧围压加载方向上的正式安装与加载；根据最终装配工艺参数，参考步骤一和步骤二，完成冷缩型夹板式岩石围压模拟装置在该围压加载方向上的正式安装与加载；当达到围压模拟的方向数要求时，则转入后续的切削试验环节；否则，在步骤五的基础上，转入步骤一，继续完成冷缩型夹板式岩石围压模拟装置在另一单侧围压加载方向上的预安装；步骤四：调整环节；包括如下可选的步骤：步骤4-1：根据预设围压σ0的相对误差eP正负符号，以温度间隔量ΔT逐次降低/增加理论加热温度T，其余参考围压预加载装配工艺参数，再重复执行步骤一至步骤三，直至将预设围压σ0的相对误差eP降至相对最优值；步骤4-2：以间隔量ΔF逐次降低/增加各所述锁紧螺杆的预紧力Ft0，其余参考围压预加载装配工艺参数，再重复执行步骤一至步骤三，直至将各所述锁紧螺杆实测拉力值F1、F2、F3、F4、F5和F6的总体标准偏差σF降至相对最优值；步骤4-3：借助工程经验、理论分析和仿真分析等手段，提高并校核所述加载板的刚强度，直至总体标准偏差σP降至相对最优值。 4.根据权利要求3所述的标定调整方法，其特征在于：步骤一中传感器的最大量程应不小于满足预设围压σ0要求量程的1.3倍，且所选用传感器在满足预设围压σ0要求量程的1.3倍范围下的测量误差应不高于10％；当所述测量误差超出10％时，需要在步骤一之前对所述传感器进行步骤0，以获得所述传感器的误差修正函数；步骤0：标定测试，其步骤如下：步骤0-1：所述压力测试纸的标定测试，其步骤如下：步骤0-1-1，将所述压力测试纸平整放置于压力试验机加载柱正下方；所述压力测试纸的表面积不小于所述加载柱的底面积；以至压力测试纸满足预设围压σ0要求量程的1.3倍为标定区间，以等间距划分获得不同的标定测试压力P11，以相同的加载速度完成加载测试；当加载至给定的标定测试压力P11时，保持该压力值至少5分钟，再读取所述压力测试纸的压力读数值P12；步骤0-1-2，当所述加载柱缓慢卸荷至零后，测量获得给定标定测试压力P11下的所述压力测试纸上的压力读数值P12；步骤0-1-3，反复执行步骤0-1-1与步骤0-1-2，绘制出多组标定测试点，采用最小二乘法拟合标定测试点，获得所述压力测试纸的误差修正函数f1，获得所述压力测试纸上的压力读数值P12的修正值f1(P12)；步骤0-2：所述垫片式压力传感器的标定测试，包括步骤如下：步骤0-2-1，将所述垫片式压力传感器平整放置于压力试验机的承压板中心；所述压力试验机以相同的加载速度逐次加载至不同的标定测试压力P21；当加载至给定的标定测试压力P21时，保持该压力值至少5分钟，再读取所述垫片式压力传感器的压力读数值P22；步骤0-2-2，在以压力读数值P22为横坐标轴，标定测试压力P21为纵坐标轴的笛卡尔坐标系中，绘制出各标定测试点；步骤0-2-3，反复执行步骤0-2-1与步骤0-2-2，绘制出多组标定测试点，采用最小二乘法拟合上述标定测试点，获得所述垫片式压力传感器的误差修正函数f2，以及压力读数值P22的修正值f2(P22)。 5.根据权利要求4所述的标定调整方法，其特征在于：在步骤0-1-1中，在承压板中心平整放置用于标定的完整岩石试样块；所述完整岩石试样块的上方平整放置有压力测试纸。 6.根据权利要求4所述的标定调整方法，其特征在于：在步骤0-1-2中，采用如下步骤统计获得所述压力测试纸上的压力读数值P12：步骤0-1-2-1：所述压力测试纸上所述测试区域的最外周环状区域舍去，随后将所述测试区域剩余的区域定义为压力测试纸的有效区域；步骤0-1-2-2：所述有效区域的最外周环状区域均匀划分出测试网格，而所述有效区域余下的内周区域均匀划分出相对较为稀疏的测试网格；测量每个测试网格中心处的颜色密度值，获得压力读数值样本；步骤0-1-2-3：对所述压力读数值样本进行统计学分析，剔除异常样本，求取剩余压力读数值样本的均值作为压力读数值P12。 7.根据权利要求3所述的标定调整方法，其特征在于：步骤五中，最终装配工艺参数，还包括最后一次预安装过程中，各所述锁紧螺杆的实测拉力值F1、F2、F3、F4、F5和F6。 8.根据权利要求3所述的标定调整方法，其特征在于：步骤4-1中，采用两点法进行寻优；可求出补偿eσσ0所需的理论最大温度间隔量ΔTmax，如下式表示：则寻优范围的两个端点为T和 9.根据权利要求3所述的标定调整方法，其特征在于：步骤4-2中，可以从实测拉力值F1、F2、F3、F4、F5和F6中选取一个接近平均值F的实测拉力值作为中位数，以其为参考，调整其他5根所述锁紧螺杆的预紧力Ft0。 10.根据权利要求3所述的标定调整方法，其特征在于：步骤4-3中，当预设围压σ0处于高水平范围时，对加载板进行结构优化设计与校核，使得加载板的最大扰度ymax小于许用值[y]。
所属类别：	发明专利