土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀的製作方法

2024-01-31 05:32:15

專利名稱：土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種土工合成材料雙向拉伸蠕變性能測試裝置，屬於材料性能試驗技
術領域。
背景技術：
目前，對於土工合成材料蠕變力學性能的測試，一直採用簡單的單向拉伸試驗進行，其試驗結果與材料在工程使用中的真實應力應變狀態相差較大，無法用來準確地反映土工合成材料在長期拉伸荷載作用下的蠕變力學性能。 在相近領域的板殼類材料的拉伸試驗中，有進行雙向拉伸的實驗方法，其中，十字形拉伸法是最直觀、最可靠的一種，最能直接反映板殼類材料雙向受力狀態的方法。十字形拉伸試驗裝置主要有機械式和液壓式兩種。機械式雙向拉伸試驗裝置主要是藉助於萬能試驗機來施加荷載，無法實現雙軸任意應力應變比例的拉伸，且裝置拉伸範圍較小，只能做小變形拉伸試驗，不適用於土工合成材料產生大變形情況下的測試。液壓式雙向拉伸試驗裝置通過液壓控制來施加雙軸的拉伸荷載，液壓控制要保持雙軸拉力相等或成一定比例非常困難，尤其進行小噸位拉伸試驗時，會產生較大誤差；此外，在進行材料長時間的蠕變試驗時，液壓驅動不能保證拉伸荷載的長期穩定性和可靠性。 土工合成材料蠕變試驗通常需要採用較大的試樣尺寸以消除邊界效應的影響，此外土工合成材料多為柔性材料在拉伸時易產生較大變形，因此要求試驗裝置有很大範圍的拉伸空間，機械式雙向拉伸試驗裝置無法實現大試樣大變形的蠕變試驗。土工合成材料變形模量較小， 一般只需要小噸位的拉伸荷載，小噸位拉伸試驗時使用液壓式雙向拉伸試驗裝置時會產生較大誤差，並且土工合成材料蠕變試驗歷時長達數月，液壓驅動不能保證拉伸荷載的長期穩定性和可靠性。因此，現有板殼類材料的雙向拉伸試驗儀器均無法直接用來進行土工合成材料的雙向拉伸蠕變試驗。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種工作效率高、性能穩定，能夠滿足複雜應力應變路徑下雙向拉伸大變形蠕變試驗的測試儀。 本發明的目的是這樣實現的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺和設置在所述主機架平臺上的十字形拉伸試驗裝置，十字形試樣位於平臺中心，其特徵在於所述十字形拉伸試驗裝置包括夾持裝置、導向裝置、位移傳感器和施力裝置，所述夾持裝置為四組，夾持著放置在所述十字形拉伸試驗裝置中間的試件的四個邊，並分別通過鋼索與設置在所述十字形拉伸試驗裝置的四個端部的施力裝置連接；所述導向裝置為四組，在拉力荷載的牽引下，四組夾持裝置可分別沿著四組導向裝置向施力裝置方向滑動；所述位移傳感器為四組，分別設置在所述夾持裝置與所述施力裝置之間，位移傳感器的一端與固定夾板相連，用來測量試樣的拉伸位移，位移傳感器的另一端連接到施力裝置上，對試樣施加拉伸荷載。此加載方法簡單、易行，在長期蠕變試驗中比用液壓和電機驅動的荷載施性。 本發明中的夾持裝置的可以選用任何常規的夾具，優選方案為每組夾持裝置包 括固定夾板和活動夾板，通過螺栓錨固。 為了使試樣在夾持中受力均勻，所述固定夾板和所述活動夾板的夾口為正弦波 形。 本發明中，每組導向裝置包括通過滾輪軸座設置在對應夾持裝置底端的滾輪，以 及與滾輪配合的導軌。每組導向裝置中的滾輪為兩個，對稱設置在每組夾持裝置底端的兩 側；所述導軌為兩條，相互之間平行。在對稱拉伸荷載作用下，滾輪將沿兩個導軌滾動，牽引 著試樣在兩個主軸方向上變形，試樣中心的位置保持不變。 每組位移傳感器通過數據線與採集儀表以及裝有數據採集軟體的計算機相連。在
進行材料的蠕變試驗時，數據採集時間間隔長，可以直接在數據採集儀表上讀取。在進行材
料瞬時雙向拉伸試驗時，數據採集時間間隔較短，可將數據採集儀表連接到計算機中的數
據採集軟體，軟體可自動採集實時位移，並根據施加的拉伸應力繪製應力應變關係曲線。 所述施力裝置包括滑輪組和砝碼，鋼索繞過滑輪組下軸承和滑輪組上軸承後與砝
碼連接。通過改變兩個方向的砝碼重量來實現雙軸的任意應力比，豎直向的砝碼重力通過
轉向滑輪組轉變成平臺上的水平向拉力。轉向滑輪組實現了拉伸應力從豎直向到水平向的
轉變，從而為試樣在水平向的大變形提供了更多的空間，這樣可以減小平臺的平面尺寸。比
拉伸荷載和試樣變形在同一個方向的拉伸試驗裝置更適合進行土工合成材料的大變性試驗。 為了使試樣在雙軸方向保持任意的應變比例，實現任意複雜應力應變路徑下的雙 向拉伸，需要在試驗中試樣變形達到任意延伸率時對拉伸進行制動，因而在滑輪組上設置 了制動裝置。 本發明中的制動裝置可以採用本領域中通用的任何合適的制動裝置，優選方案 為所述制動裝置包括制動盤和偏心制動手柄，所述制動盤由套在滑輪組上軸承的輪軸上 並包住軸承外沿的兩片圓形鋼盤組成，兩片鋼盤間設有彈簧使在滑輪組上軸承的外沿未完 全靠攏而是留有狹槽，所述偏心制動手柄按照常規方法設置在滑輪組上軸承的端部。鋼索 繞過滑輪組上軸承外沿並位於兩片鋼盤間的狹槽中，當向上扳動偏心制動手柄時，兩片鋼 盤間的彈簧受到壓縮，兩片鋼盤就互相靠攏並壓緊鋼索，從而實現制動。當向下扳動偏心制 動手柄時，兩片鋼盤間的彈簧回彈，兩片鋼盤分開，鋼索可以繞軸承自由移動，兩片鋼盤材 料的硬度要小於鋼索的硬度，以免制動中對鋼索造成損傷。此制動開關可在試驗中試樣變 形達到任意延伸率時對拉伸進行制動。 為充分利用空間，提高蠕變試驗效率，所述主機架平臺為上、中、下三層，三個平臺 均為關於試樣對稱的方形框架結構，每層平臺大小及結構布置相同，三層平臺上的導軌長 度依次減小，充分利用空間，可以同時進行三組試驗，互不幹擾。三層平臺均為角鋼連接而 成的方形框架結構。 在試驗前要對拉伸荷載進行校核。傳遞拉伸荷載的鋼索纏繞在滑輪組上時會產生 摩擦力，試樣夾持及導向裝置中的滾輪與導軌之間也存在一定摩擦力。採用如下方式可消 除兩種摩擦力帶來的誤差。首先用位移傳感器代替試樣，分別連接在同一方向上的兩個夾 具上，然後，施加不同重量的砝碼，得到各種砝碼對應下的真實拉伸力。如此可得到砝碼重
4量和拉伸力之間對應的關係曲線。試驗中可以按照需要施加的拉伸力來選擇對應的砝碼重 試驗時，首先將試樣安裝在試驗平臺中心，在施加小量砝碼，使試樣處於平面內初 始拉伸狀態，並將四個方向上的滑輪組全部制動。然後根據需要的拉伸力來施加對應重量 的砝碼，並打開數據採集系統開始記錄。最後同時打開各方向的制動開關來實現雙向拉伸。 通過選擇兩個方向上的砝碼重量比可以實現不同的拉伸應力比；通過選擇試樣在兩個方向 上達到某一位移比時刻來制動滑輪組可以實現不同的應變比。
本發明的有益效果為 1、本發明裝置可實現雙向拉伸荷載作用下進行任意複雜應力應變加載路徑下的
蠕變試驗，比起簡單的單向拉伸試驗更接近工程實際中的應力應變狀態。 2、本發明裝置充分利用主機架平臺立體空間，設置三層平臺可以同時進行三組試
驗，互不幹擾，有效解決了蠕變試驗耗時長，效率低問題。 3、本發明裝置中拉伸荷載使用砝碼施加，而不是用液壓或電機驅動應力加載，這
樣在長時間的蠕變試驗中，保證拉伸荷載具有較高的長期穩定性和可靠性。 4、本發明裝置利用轉向滑輪裝置將豎直向的砝碼重力荷載轉變成平臺上的水平
拉伸拉力，使試樣具有更大的拉伸變形空間，適合進行土工合成材料的大變形雙向拉伸試驗。


圖l為本發明裝置主視圖。
圖2為本發明裝置俯視圖。 圖3為本發明裝置中夾持部及導向裝置局部示意圖。
圖4為本發明裝置中夾持部及導向裝置局部俯視圖。
圖5為本發明裝置中數據測量及採集裝置結構示意圖。
圖6為本發明裝置中施力裝置結構示意圖。
圖7為本發明裝置中制動裝置結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，通過實施例的方式，對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明
的保護範圍不局限於所述實施例。 實施例1 土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺1和設置在所述主機架平臺 1上的十字形拉伸試驗裝置2，所述主機架平臺1為三層，每層平臺大小及結構布置相同，所 述十字形拉伸試驗裝置2包括夾持裝置3、導向裝置4、位移傳感器5和施力裝置6 ;
所述夾持裝置4為四組，每組夾持裝置3包括固定夾板9和活動夾板10，通過螺栓 11錨固；所述固定夾板9和所述活動夾板10的夾口為正弦波形；夾持裝置4夾持著放置在 所述十字形拉伸試驗裝置2中間的試件7的四個邊，並分別通過鋼索8與設置在所述十字 形拉伸試驗裝置2的四個端部的施力裝置6連接； 所述導向裝置4為四組，四組夾持裝置3可分別沿著四組導向裝置4向施力裝置6方向滑動；每組導向裝置4包括通過滾輪軸座12設置在對應夾持裝置底端的滾輪13，以 及與滾輪13配合的導軌14 ;每組導向裝置中的滾輪13為兩個，對稱設置在固定夾板9底 端的兩側；所述導軌14為兩條，相互之間平行； 所述位移傳感器5為四組，分別設置在所述夾持裝置3與所述施力裝置6之間；每 組位移傳感器5通過數據線15與採集儀表16以及裝有數據採集軟體的計算機17相連；
所述施力裝置包括滑輪組18， 19和砝碼20，鋼索8繞過滑輪組下軸承18和滑輪組 上軸承19後與砝碼20連接；滑輪組18， 19上還設置有制動裝置，所述制動裝置包括制動盤 21和偏心制動手柄22，所述制動盤21由套在滑輪組上軸承19的輪軸上並包住軸承外沿的 兩片圓形鋼盤組成，兩片鋼盤間設有彈簧使在滑輪組上軸承的外沿未完全靠攏而是留有狹 槽，所述偏心制動手柄22設置在滑輪組上軸承19的端部。
權利要求
土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺(1)和設置在所述主機架平臺(1)上的十字形拉伸試驗裝置(2)，其特徵在於所述十字形拉伸試驗裝置(2)包括夾持裝置(3)、導向裝置(4)、位移傳感器(5)和施力裝置(6)，所述夾持裝置(4)為四組，夾持著放置在所述十字形拉伸試驗裝置(2)中間的試件(7)的四個邊，並分別通過鋼索(8)與設置在所述十字形拉伸試驗裝置(2)的四個端部的施力裝置(6)連接；所述導向裝置(4)為四組，四組夾持裝置(3)可分別沿著四組導向裝置(4)向施力裝置(6)方向滑動；所述位移傳感器(5)為四組，分別設置在所述夾持裝置(3)與所述施力裝置(6)之間。
2. 根據權利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於每組夾持 裝置(3)包括固定夾板(9)和活動夾板(IO)，通過螺栓(11)錨固。
3. 根據權利要求2所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於所述固定 夾板(9)和所述活動夾板(10)的夾口為正弦波形。
4. 根據權利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於每組導向 裝置(4)包括通過滾輪軸座(12)設置在對應夾持裝置底端的滾輪(13)，以及與滾輪(13) 配合的導軌(14)。
5. 根據權利要求4所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於每組導向 裝置中的滾輪(13)為兩個，對稱設置在每組夾持裝置(4)底端的兩側；所述導軌(14)為兩 條，相互之間平行。
6. 根據權利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於每組位移傳感器(5)通過數據線(15)與採集儀表(16)以及裝有數據採集軟體的計算機(17)相連。
7. 根據權利要求1所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於所述施力 裝置包括滑輪組(18,19)和砝碼(20)，鋼索(8)繞過滑輪組下軸承(18)和滑輪組上軸承 (19)後與砝碼(20)連接。
8. 根據權利要求7所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於滑輪組 (18,19)上還設置有制動裝置。
9. 根據權利要求8所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其特徵在於所述制動 裝置包括制動盤(21)和偏心制動手柄(22)，所述制動盤(21)由套在滑輪組上軸承(19)的 輪軸上並包住軸承外沿的兩片圓形鋼盤組成，兩片鋼盤間設有彈簧使在滑輪組上軸承的外 沿未完全靠攏而是留有狹槽，所述偏心制動手柄(22)設置在滑輪組上軸承(19)的端部。
10. 根據權利要求1 9中任一權利要求所述的土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，其 特徵在於所述主機架平臺(1)為三層，每層平臺大小及結構布置相同。
全文摘要
本發明提供一種土工合成材料雙向拉伸蠕變測試儀，包括主機架平臺和設置在所述主機架平臺上的十字形拉伸試驗裝置，所述十字形拉伸試驗裝置包括夾持裝置、導向裝置、位移傳感器和施力裝置，所述夾持裝置為四組，夾持著放置在所述十字形拉伸試驗裝置中間的試件的四個邊，並分別通過鋼索與設置在所述十字形拉伸試驗裝置的四個端部的施力裝置連接；所述導向裝置為四組，四組夾持裝置可分別沿著四組導向裝置向施力裝置方向滑動；所述位移傳感器為四組，分別設置在所述夾持裝置與所述施力裝置之間。本發明裝置可實現雙向拉伸荷載作用下進行任意複雜應力應變加載路徑下的蠕變試驗，比起簡單的單向拉伸試驗更接近工程實際中的應力應變狀態。
文檔編號G01N3/04GK101776553SQ201019026078
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者吳海民, 姜曉楨, 曹明傑, 束一鳴, 林剛 申請人:河海大學