一種剪切疲勞測試儀的製作方法

2023-09-15 13:28:30 1

專利名稱：一種剪切疲勞測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於道路工程材料剪切疲勞壽命測試技術領域，尤其是涉及一種剪切 疲勞測試儀。
背景技術：
浙青路面在車輪荷載重複作用下的破壞是一個典型的疲勞損傷與損傷累積的過 程。近年來，隨交通流量增大和重載車輛的增多，剪切疲勞開裂(Top-Down裂紋)和剪切疲 勞永久變形(車轍)日益成為城市浙青路面的主要破壞形式之一，目前高速公路80%以上 的路面為浙青混凝土路面，研究剪切疲勞開裂和剪切疲勞永久變形對基礎設施建設意義重 大。傳統研究方法就公路浙青路面結構設計理論問題廣泛開展過的浙青混合料、半剛性基 層材料的疲勞性能及路面結構加速加載破壞的試驗研究，注重浙青混凝土彎拉疲勞壽命預 測，對於剪切疲勞引起的開裂、永久變形和剪切疲勞過程中材料性能受損傷影響的評價尚 缺乏系統研究和技術積累。這種研究上的不足，很大程度應該歸結於浙青砼設計中尚無簡 便有效的設備評價剪切疲勞特性的現狀。將力學分析結果或力學概念的應用從傳統的結構分析或設計領域擴展到浙青混 凝土設計領域是一個重要的趨勢。根據力學分析的結果，引入若干強度參數做為設計指標 可能是一個簡單有效的途徑，按強度-抗剪強度、剪切疲勞強度(包括變形特性)和彎拉 疲勞強度，而不按照物理指標和簡單變形指標進行材料的設計應該是今後的一種趨勢。這 種趨勢要求浙青混凝土的力學性能測試方法不能僅僅局限於滿足科研工作要求，而應當貫 穿於日常的浙青混合料設計、質量確保和質量控制(QA/QC)中。只有這樣，室內的理論研 究成果才能得到最廣泛的實踐應用和最徹底的檢驗。上述要求體現在實驗設備上，就要求 該實驗設備既可以在室內使用，同時也可以滿足野外需要；設備所採用的樣品，可以在室內 成型，也可以在現場實地取得；設備應具有小型化及測試指標的多樣化(如既可以評價 Top-Down裂紋也可以評價車轍)特點。綜上，在車輪的水平和垂直荷載綜合的重複作用下出現的剪切疲勞破壞，日益成 為浙青路面的主要破壞形式，輪載作用下產生的剪切力與浙青混凝土永久變形和疲勞開裂 之間存在密切關係。剪切疲勞破壞的主要形式是自上而下的剪切疲勞開裂和浙青面層的剪 切疲勞永久變形累積(Rutting車轍)。現如今，各國學者採用的眾多研究手段中，三軸動荷 載實驗、車轍儀等設備對浙青混凝土剪切永久變形和開裂的評價得到了較高的認可，但這 些設備的使用成本和設備成本均較高，只能適用於室內研究，因而開發一種面向現場實踐 的計算性能測定方法及相關設備來評價浙青混凝土的剪切疲勞特性對於長壽命和高質量 浙青混凝土路面的修築意義重大。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種剪切 疲勞測試儀，其結構簡單、設計新穎合理且使用操作簡便，特定環境溫度下採用多組受壓輪在被測試件內壁相對轉動的方式實現控制應力的剪切疲勞加載，能完整準確反映所檢測材 料的剪切疲勞壽命。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種剪切疲勞測試儀，其特 徵在於包括用於水平固定環狀或圓筒狀被測試件的試件固定裝置、與所述試件固定裝置 固定連接且通過所述試件固定裝置帶動被測試件連續轉動的驅動機構、設置在所述試件固 定裝置外側且將被測試件置於恆溫狀態的恆溫箱、加載機構、與加載機構相接的加載裝置、 位移傳感器和與加載裝置相接且對加載裝置進行控制的數據採集與處理系統，所述位移傳 感器接數據採集與處理系統，所述加載裝置與數據採集與處理系統相接，所述加載機構從 被測試件中部穿過，所述試件固定裝置上對應開有供加載機構穿過的通孔；所述加載機構 包括能在被測試件內壁上相對轉動並相應模擬車輪載重向被測試件內壁施加均勻動態內 壓力的多個受壓輪和由加載裝置帶動豎直向下運動且豎直向下運動同時將所述多個受壓 輪同步向外壓向被測試件內壁的錐形軸，錐形軸的上端部安裝在加載裝置上，所述多個受 壓輪沿圓周方向均勻布設在錐形軸周側；位移傳感器為對受壓輪的水平位移進行實時檢測 的傳感器。所述錐形軸與被測試件同軸設置。所述多個受壓輪的數量為三個。所述受壓輪的輪軸上下端部分別卡裝在上卡件和下卡件之間，所述上卡件和下卡 件均安裝在內側面為傾斜面的固定安裝件上，固定安裝件與錐形軸同軸設置，且所述受壓 輪、上卡件、下卡件和固定安裝件組裝為一體。所述加載裝置位於恆溫箱上部，所述恆溫箱上部開有供錐形軸穿過的通孔。所述被測試件、所述試件固定裝置和加載機構均同軸設置。所述試件固定裝置包括上蓋板、安裝在安裝臺上的底座以及將上蓋板和底座組裝 為一體的支撐固定件，所述上蓋板和底座均水平設置。所述驅動機構為通過傳動軸與底座相接且由數據採集與處理系統進行控制的驅 動電機，所述驅動電機與數據採集與處理系統相接。所述上蓋板和底座的結構和尺寸均相同且二者均為圓形板，上蓋板位於底座正上方。所述支撐固定件包括支撐柱和螺栓，所述上蓋板和底座通過固定在二者之間的支 撐柱和安裝在支撐柱與上蓋板間連接處的螺栓組裝為一體，所述支撐柱的下端部固定在底 座上且其上兩端部從上蓋板頂部穿出。本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、結構簡單且加工製作及拆裝方便。2、使用操作簡便且適用面廣，適用於水泥混凝土、浙青混凝土、改良土、重塑土等 多種道路工程材料剪切疲勞壽命的測定，其被測試件製成環狀或圓筒狀，實驗時在特定的 環境溫度下，採用多組受壓輪在環狀或圓筒狀試件內壁相對轉動的方式實現控制應力的剪 切疲勞加載，並通過改變試件外壁的約束條件，來改變試件內部的受力狀況，從而分別模擬 剪切疲勞開裂和剪切永久變形，實驗完成後通過對實驗數據進行分析便可得到試件的剪切 疲勞壽命。3、加載方式簡單方便且測試效果準確，本實用新型巧妙地通過一個由多組受壓輪在環狀或圓筒狀試件內壁相對轉動的方式實現剪切疲勞加載，並且通過數據採集與處理系 統對加載機構進行驅動的驅動裝置進行控制，以達到對驅動裝置的驅動力進行自動監控的 目的，因而無需再對加載機構作用在被測試件的內應力進行測試；同樣，帶動被測試件連續 轉動的驅動機構也由數據採集與處理系統進行控制。4、實驗結果非常穩定，測試結果能完整準確反映所檢測材料的剪切疲勞壽命。5、實用價值高，採用多組受壓輪在浙青混凝土厚壁圓筒或環狀試件內壁相對轉動 的方式實現控制剪應力的疲勞加載，統一了剪切疲勞開裂和剪切疲勞永久變形累積的加載 方式；同時，在內壁受壓輪加載狀態不變的情況下，通過外壁約束的改變，可以改變試件的 受力狀態，從而本實用新型可以分別模擬剪切疲勞開裂和剪切疲勞引起的永久變形累積實 驗。6、既避免了使用複雜的液壓伺服系統，又較好地模擬了車輪荷載的變化，使得試 驗方式得以大大簡化。同時通過調整不同個別受壓輪的壓力和位置，可以很簡單的實現變 幅以及變頻疲勞加載，極大地豐富了測試的種類；且實驗過程中，對被測試件進行變頻疲勞 加載時，頻率調整是通過改變被測試件的轉動頻率，具體是通過控制驅動電機的轉速來實 現的來實現的。綜上所述，本實用新型結構簡單且使用操作方便，在特定的環境溫度下，採用多組 受壓輪在環狀或圓筒狀試件內壁相對轉動的方式實現控制應力的剪切疲勞加載，使得通過 室內試驗評價剪切疲勞開裂和剪切疲勞永久變形累積的共同作用成為可能，能完整準確反 映所檢測材料的剪切疲勞壽命。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

[0025]圖1為本實用新型的結構示意圖。[0026]圖2為本實用新型加載組件的組裝結構示意圖。[0027]圖3為本實用新型的電路框圖。[0028]附圖標記說明[0029]1-被測試件；2-恆溫箱；3--加載機構；[0030]3-1-受壓輪；3-2-錐形軸；3--21-螺栓；[0031]3-22-上卡件；3-23-下卡件；3--3-固定安裝件[0032]4_加載裝置；5_數據採集與處理系統；6--位移傳感器；[0033]7-1-上蓋板；7-2-底座；7--3-支撐柱；[0034]7-4-螺栓；9-傳動軸；1C1-驅動電機；[0035]11-安裝臺。
具體實施方式如圖1、圖2及圖3所示，本實用新型包括用於水平固定環狀或圓筒狀被測試件1 的試件固定裝置、與所述試件固定裝置固定連接且通過所述試件固定裝置帶動被測試件1 連續轉動的驅動機構、設置在所述試件固定裝置外側且將被測試件1置於恆溫狀態的恆溫 箱2、加載機構3、與加載機構3相接的加載裝置4、位移傳感器6和與加載裝置4相接且對加載裝置4進行控制的數據採集與處理系統5，所述位移傳感器6接數據採集與處理系統5， 所述加載裝置4與數據採集與處理系統5相接，所述加載機構3從被測試件1中部穿過，所 述試件固定裝置上對應開有供加載機構3穿過的通孔。所述加載機構3包括能在被測試件 1內壁上相對轉動並相應模擬車輪載重向被測試件1內壁施加均勻動態內壓力的多個受壓 輪3-1和由加載裝置4帶動豎直向下運動且豎直向下運動同時將所述多個受壓輪3-1同步 向外壓向被測試件1內壁的錐形軸3-2，錐形軸3-2的上端部安裝在加載裝置4上，所述多 個受壓輪3-1沿圓周方向均勻布設在錐形軸3-2周側。所述位移傳感器6為對受壓輪3-1 的水平位移進行實時檢測的傳感器。所述錐形軸3-2為由上至下直徑逐漸減小的加載軸。本實施例中，所述錐形軸3-2與被測試件1同軸設置，並且所述被測試件1、所述試 件固定裝置和加載機構3均同軸設置。所述多個受壓輪3-1的數量為三個，實際操作過程 中，可根據具體需要對受壓輪3-1的數量進行相應調整。所述受壓輪3-1的輪軸上下端部分別卡裝在上卡件3-22和下卡件3_23之間，且 所述上卡件3-22和下卡件3-23均安裝在內側面為傾斜面的固定安裝件3-3上，且所述受 壓輪3-1、上卡件3-22、下卡件3-23和固定安裝件3_3組裝為一體並形成整體加載組件。本 實施例中，所述上卡件3-22和下卡件3-23與固定安裝件3-3之間均通過螺栓3_21進行固 定連接。所述固定安裝件3-3與錐形軸3-2同軸設置。所述加載裝置4位於恆溫箱2上部，所述恆溫箱2上部開有供錐形軸3-2穿過的通 孔。所述試件固定裝置包括上蓋板7-1、安裝在安裝臺11上的底座7-2以及將上蓋板7-1 和底座7-2組裝為一體的支撐固定件，所述上蓋板7-1和底座7-2均水平設置。所述試件 固定裝置與被測試件1組裝為一體。所述驅動機構為通過傳動軸9與底座7-2相接且由數據採集與處理系統5進行控 制的驅動電機10，所述驅動電機10與數據採集與處理系統5相接。所述上蓋板7-1和底 座7-2的結構和尺寸均相同且二者均為圓形板，上蓋板7-1位於底座7-2正上方。所述支 撐固定件包括支撐柱7-3和螺栓7-4，所述上蓋板7-1和底座7-2通過固定在二者之間的支 撐柱7-3和安裝在支撐柱7-3與上蓋板7-1間連接處的螺栓7-4組裝為一體，所述支撐柱 7-3的下端部固定在底座7-2上且其上兩端部從上蓋板7-1頂部穿出。本實用新型的工作過程是首先將被測試件1固定在上蓋板7-1和底座7-2之間， 之後啟動驅動電機10並由驅動電機10相應帶動所述試件固定裝置連續轉動，所述試件固 定裝置連續轉動同時相應帶動固定在其內部的被測試件1同步進行連續轉動；在被測試件 1連續轉動過程中，啟動加載裝置4，加載裝置4啟動後帶動錐形軸3-2逐步向下運動以實 現加載，錐形軸3-2逐步向下運動的同時將均勻布設在其周側的多個受壓輪3-1同步向外 壓向被測試件1的內壁直至與被測試件1內壁緊密接觸，最終實現模擬車輪載重控制向被 測試件1內壁施加均勻動態內壓力的剪切疲勞加載過程；實驗過程中，位移傳感器6實時對 受壓輪3-1的水平位移進行檢測並將所檢測數據同步上傳至數據採集與處理系統5，所述 數據採集與處理系統5對所加載裝置4和驅動電機10進行相應控制並對加載裝置4和驅 動電機10的工作參數以及位移傳感器6所檢測數據進行綜合分析處理，得出被測試件1的 剪切疲勞壽命。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於包括用於水平固定環狀或圓筒狀被測試件(1)的試件固定裝置、與所述試件固定裝置固定連接且通過所述試件固定裝置帶動被測試件(1)連續轉動的驅動機構、設置在所述試件固定裝置外側且將被測試件(1)置於恆溫狀態的恆溫箱(2)、加載機構(3)、與加載機構(3)相接的加載裝置(4)、位移傳感器(6)和與加載裝置(4)相接且對加載裝置(4)進行控制的數據採集與處理系統(5)，所述位移傳感器(6)接數據採集與處理系統(5)，所述加載裝置(4)與數據採集與處理系統(5)相接，所述加載機構(3)從被測試件(1)中部穿過，所述試件固定裝置上對應開有供加載機構(3)穿過的通孔；所述加載機構(3)包括能在被測試件(1)內壁上相對轉動並相應模擬車輪載重向被測試件(1)內壁施加均勻動態內壓力的多個受壓輪(3-1)和由加載裝置(4)帶動豎直向下運動且豎直向下運動同時將所述多個受壓輪(3-1)同步向外壓向被測試件(1)內壁的錐形軸(3-2)，錐形軸(3-2)的上端部安裝在加載裝置(4)上，所述多個受壓輪(3-1)沿圓周方向均勻布設在錐形軸(3-2)周側；位移傳感器(6)為對受壓輪(3-1)的水平位移進行實時檢測的傳感器。
2.按照權利要求1所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述錐形軸(3-2)與被 測試件(1)同軸設置。
3.按照權利要求1或2所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述多個受壓輪 (3-1)的數量為三個。
4.按照權利要求2所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述受壓輪(3-1)的輪 軸上下端部分別卡裝在上卡件(3-22)和下卡件(3-23)之間，所述上卡件(3-22)和下卡 件(3-23)均安裝在內側面為傾斜面的固定安裝件(3-3)上，固定安裝件(3-3)與錐形軸 (3-2)同軸設置，且所述受壓輪(3-1)、上卡件(3-22)、下卡件(3-23)和固定安裝件(3_3) 組裝為一體。
5.按照權利要求1或2所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述加載裝置(4)位 於恆溫箱(2)上部，所述恆溫箱(2)上部開有供錐形軸(3-2)穿過的通孔。
6.按照權利要求2所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述被測試件(1)、所述 試件固定裝置和加載機構(3)均同軸設置。
7.按照權利要求1或2所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述試件固定裝置 包括上蓋板(7-1)、安裝在安裝臺(11)上的底座(7-2)以及將上蓋板(7-1)和底座(7-2) 組裝為一體的支撐固定件，所述上蓋板(7-1)和底座(7-2)均水平設置。
8.按照權利要求7所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述驅動機構為通過傳 動軸(9)與底座(7-2)相接且由數據採集與處理系統(5)進行控制的驅動電機(10)，所述 驅動電機(10)與數據採集與處理系統(5)相接。
9.按照權利要求7所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述上蓋板(7-1)和底 座(7-2)的結構和尺寸均相同且二者均為圓形板，上蓋板(7-1)位於底座(7-2)正上方。
10.按照權利要求7所述的一種剪切疲勞測試儀，其特徵在於所述支撐固定件包括支 撐柱(7-3)和螺栓(7-4)，所述上蓋板(7-1)和底座(7-2)通過固定在二者之間的支撐柱 (7-3)和安裝在支撐柱(7-3)與上蓋板(7-1)間連接處的螺栓(7-4)組裝為一體，所述支撐 柱(7-3)的下端部固定在底座(7-2)上且其上兩端部從上蓋板(7-1)頂部穿出。
專利摘要本實用新型公開了一種剪切疲勞測試儀，包括試件固定裝置、與試件固定裝置固定連接且通過試件固定裝置帶動被測試件連續轉動的驅動機構、設置在試件固定裝置外側的恆溫箱、加載機構、與加載機構相接的加載裝置、數據採集與處理系統和位移傳感器；所述加載機構包括能在被測試件內壁上相對轉動並相應模擬車輪載重向被測試件內壁施加均勻動態內壓力的多個受壓輪和由加載裝置帶動豎直向下運動且豎直向下運動同時將所述多個受壓輪同步向外壓向被測試件內壁的錐形軸。本實用新型結構簡單、設計新穎合理且使用操作簡便，特定環境溫度下採用多組受壓輪在被測試件內壁相對轉動的方式實現控制應力的剪切疲勞加載，能完整準確反映所檢測材料的剪切疲勞壽命。
文檔編號G01N3/24GK201583459SQ20092027485
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者李曉軍, 王國清, 王曉華, 高民歡 申請人:西安科技大學