用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器的製作方法

2023-06-05 13:18:56 3

專利名稱：用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對巖石試樣進行直接拉伸試驗的壓拉轉換器。
背景技術：
目前在實驗室內測定巖石抗拉強度的方法主要有直接拉伸法和間接受拉法。
直接拉伸試驗即軸向拉伸法。在測定巖石抗拉強度的直接拉伸試驗中，存在的具體問題是(1)一般採用「8」字型試樣；由於巖石是脆性材料，而且往往包含有微裂隙，因此試件加工困難，尤其是軟巖更難加工。(2)試驗過程中，存在試件軸線和試驗機軸線對中問題。即試件拉伸時不可避免地產生偏心，在試件中引起附加力矩。(3)通常情況下，試驗時將巖石試件安裝在拉伸挾持器中，但是一般挾持器很容易損傷試件，因此直接試驗(軸向拉伸法)一直以來都未能被普遍採用。
目前一般採用的間接受拉方法，即劈裂法(巴西法)。其存在下列問題(1)試驗不可避免地在加載點處出現應力集中現象。(2)測得的抗拉強度數值偏小且離散性較大，變異也較大。(3)一般來說，試件表面總有一定的粗糙度，即使線形加載也不能保證受力均勻。
同時，上述兩種方法所得試驗結果還存在以下問題(1)不同的實驗方法所得的巖石抗拉強度不一致，並且沒有明顯的規律性；(2)同一測試方法，試件尺寸不同，所得的抗拉強度也不一致；(3)在完全相同條件下進行多次試驗，其結果也較分散。
因此，若能解決好直接拉伸試驗中存在的問題，其所得的試驗結果將較直接拉伸法和間接受拉法的結果更加理想。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種壓拉轉換裝置，用於巖石試樣的直接拉伸試驗中。
為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案一種用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，包括上下拉塊、調節杆、外筒和內筒，外筒與內筒之間為可滑動配合，所述上下拉塊位於內筒內，上拉塊向上與內筒頂板固定連接，下拉塊向下與調節杆相連接，調節杆的兩端穿過內筒筒壁並與外筒的下端相接觸，外筒的下端高於內筒的下端。
本發明的壓拉轉換器在使用時，將試件的兩端分別固定在上下拉塊上，內筒底部直接放在試驗機座上，內筒以及固定在內筒上的上拉塊是固定不動的。當試驗機對外筒施加壓力時，外筒帶動調節杆向下運動，由於調節杆與下拉塊相連接，就拉動下拉塊向下運動，從而對試件產生直接拉伸。這樣就將試驗機的壓力轉換為對試件的拉力。
優選地，所述內筒的下端開有兩個∩形缺口，所述調節杆的兩端從這兩個∩形缺口穿出。
優選地，所述外筒的下端開有兩個∩形缺口，這兩個∩形缺口分別卡在調節杆的兩端。
優選地，所述上拉塊的下端面設有圓形凹槽，下拉塊的上端面也設有圓形凹槽。採用易於加工的圓形試件，將圓形試件的兩端在上下拉塊的圓形凹槽中定位，並通過粘結劑固定在上下拉塊上。這種連接方式便於實現試件軸線與試驗機軸線的對中，同時又克服了現有技術中挾持器損傷試件表面的問題。
優選地，本發明的壓拉轉換器還包括一個拉塊基座和底基座，底基座上設有通孔，所述調節杆可活動地插在該通孔中，底基座與拉塊基座固定連接，拉塊基座與下拉塊固定連接。
作為對上一個優選方案的改進，所述調節杆的下部呈兩端細、中間粗的外鼓形，與其配合的底基座中的通孔呈內鼓形。試驗過程中，底基座與調節杆互相配合，在環向可以自由調節，軸向也可做適當微調，使試件軸線與試驗機軸線自動對中，從而可以消除由於試件加工、試件與拉塊粘結及整個裝置加工等的誤差引起的偏心受力而產生的彎矩。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細說明。
圖1是本發明壓拉轉換器的結構剖視圖。
圖2是外筒筒體的剖視圖。
圖3是圖1中A-A處的剖視圖。
圖4是內筒筒體的剖視圖。
具體實施例方式
如圖所示，將圓柱體的待測試件3兩端通過粘結劑9固定在上下拉塊4、5之間，上拉塊4的下端面和下拉塊5的上端面均設有圓形的凹槽，便於試件3的定位。上拉塊4通過螺栓連接在內筒2的頂板10上，但不完全緊固，以便於試件有一定的活動對中的範圍，由於內筒2的底部是放在試驗機座上固定不動的，因此在試驗過程中上拉塊4也是固定不動的；下拉塊5則通過螺栓連接一個拉塊基座6，但不完全緊固，以便於試件有一定的活動對中的範圍，拉塊基座6通過螺紋與底基座7相連接，底基座7的下部有一個鼓形通孔，調節杆8可自由活動地插在這個通孔中，調節杆8的下部呈兩端較細中間較粗的外鼓形；內筒2的筒壁下部開有兩個∩形缺口，調節杆8的兩端從這兩個∩形缺口中穿過，調節杆8向下運動時不會受到內筒2的限制；外筒1倒扣在內筒2的外面並可沿內筒2的外壁上下滑動，外筒1的筒壁下部也開有兩個∩形缺口，這兩個∩形缺口正好卡在調節杆8的兩端，當試驗機對外筒1上部的受壓板11施壓時，外筒1壓迫調節杆8向下運動，調節杆8帶動下拉塊5向下運動；這樣上拉塊4固定不動，下拉塊5向下運動就對試件3產生直接拉伸作用，試驗過程中，調節杆8的下部與底基座7內鼓形通孔的下部相互擠壓，從而在軸向和環向微調試件的位置，使試件軸線與試驗機軸線對中。
採用本發明的壓拉轉換器可以在壓力試驗機上完成拉伸試驗，並且可以實現試件軸線與試驗機軸線的對中。同時採用粘結劑來連接拉塊與試件，不會損傷試件的表面，試件也不必做成8字型，圓柱體的試件就可以用，試件的加工就更加容易。
為了更清楚地理解本發明，下面對使用本發明—壓拉轉換器進行的試驗過程作一闡述試件採用圓柱體，試件兩端面不平行度最大不超過0.05mm；端面應垂直試件軸線，最大偏差不超過0.25度。試件安裝前，將其兩端用丙酮清洗，乾燥後用504高級萬能粘結劑安裝在壓～拉轉換器的拉塊上。
上、下兩拉塊分別與內筒頂板和拉塊基座用螺絲相連，其中拉塊基座通過螺紋擰在底基座上。然後將固定在內筒頂板上的巖石試樣由上至下插入內鋼筒，套上外鋼筒並將調節杆插入底基座的鼓形通孔中。內鋼筒的底部直接放於試驗機座上。
試驗機對受壓頂板施加壓力，加載速率約為0.01mm/min，緩慢加載，直至試件拉伸破壞。試件被拉斷時記錄的壓力值除以試件面積即為巖石的單向抗拉強度(簡稱抗拉強度)，即σt＝P/F式中σt—抗拉強度(Pa)；P—試件被拉斷時的拉力(N)；F—試件橫截面積(m2)。
權利要求
1.一種用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，包括上下拉塊(4，5)，其特徵是還包括調節杆(8)、外筒(1)和內筒(2)，外筒(1)與內筒(2)之間為可滑動配合，所述上下拉塊(4，5)位於內筒(2)內，上拉塊(4)向上與內筒頂板(10)固定連接，下拉塊(5)向下與調節杆(8)相連接，調節杆(8)的兩端穿過內筒(2)筒壁並與外筒(1)的下端相接觸，外筒(1)的下端高於內筒(2)的下端。
2.根據權利要求1所述的用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，其特徵是所述內筒(2)的下端開有兩個∩形缺口，所述調節杆(8)的兩端從這兩個∩形缺口穿出。
3.根據權利要求1所述的用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，其特徵是所述外筒(1)的下端開有兩個∩形缺口，這兩個∩形缺口分別卡在調節杆(8)的兩端。
4.根據權利要求1所述的用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，其特徵是所述上拉塊(4)的下端面設有圓形凹槽，下拉塊(5)的上端面也設有圓形凹槽。
5.根據權利要求1所述的用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，其特徵是還包括一個拉塊基座(6)和底基座(7)，底基座(7)上設有通孔，所述調節杆(8)可活動地插在該通孔中，底基座(7)與拉塊基座(6)固定連接，拉塊基座(6)與下拉塊(5)固定連接。
6.根據權利要求5所述的用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，其特徵是所述調節杆(8)的下部呈兩端細中間粗的鼓形，與其配合的底基座(7)上的通孔也呈鼓形。
全文摘要
本發明公開了一種用於巖石試樣直接拉伸試驗的壓拉轉換器，包括上下拉塊、調節杆、外筒和內筒，外筒與內筒之間為可滑動配合，所述上下拉塊位於內筒內，上拉塊向上與內筒頂板固定連接，下拉塊向下與調節杆相連接，調節杆的兩端穿過內筒筒壁並與外筒的下端相接觸，外筒的下端高於內筒的下端。將試件的兩端分別固定在上下拉塊上，內筒底部放在試驗機座上，內筒以及固定在內筒上的上拉塊是固定不動的。當試驗機對外筒施加壓力時，外筒帶動調節杆向下運動，由於調節杆與下拉塊相連接，就拉動下拉塊向下運動，從而對巖石試件產生直接拉伸。這樣就將試驗機的壓力轉換為對試件的拉力。為了便於自動對中，調節杆最好呈兩頭細中間粗的鼓形。
文檔編號G01N3/08GK1991332SQ20051011198
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月26日 優先權日2005年12月26日
發明者夏才初 申請人:同濟大學