[实用新型]一种颗粒材料力学实验可视化加载装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及颗粒物质力学性能测试分析及可视化的技术领域，尤其是指一种颗粒材料力学实验可视化加载装置。

背景技术

岩土类颗粒物质在自然界、工程建设以及日常生活中普遍存在，其力学特性及动力响应的研究在学术界已经开展了几十年。在过往的研究中，一般都是把岩土颗粒物质假设成连续体进行分析，基于经典的弹塑性力学理论，人们发展了较多的岩土体宏观力学模型，但没有一个能全面、正确表达其应力-应变关系的本构方程。究其原因，主要是由于基于连续体的假设与岩土本身的非连续颗粒特性不符，因此基于颗粒层次的细观研究具有重要的学术价值。

在力学分析中，主要采用理论推导、模拟计算和实验测试的方法。然而在当前的颗粒力学研究中，理论分析遇到极大困难，数值模拟计算因颗粒物质计算量大，只能模拟有限颗粒、形状单一的颗粒体系，难于有效的应用于理论研究和工程实践中。因此实验测试就显得尤为重要，或者说是现阶段最适用的手段。

颗粒力学实验测试的方法很多，主要有高精度电子天平称重法、显色灵敏复写纸压痕法、光弹实验法、荧光共聚焦显微镜法和磁共振弹性成像法。1999年美国Duke大学的Behringer教授应用光弹性法在颗粒力学研究领域做了大量实验，发表了相应研究论文；清华大学从07年也开始进行颗粒的光弹实验研究，并且在Behringer教授研制的光弹设备的基础上增加了可以实时跟踪宏观性质上的力、位移等物理量的设备，发明了一种新型的光弹实验仪。但是上述两种光弹仪器只能进行轴向加载，无法进行剪切荷载作用下的光弹实验，更不能进行轴向荷载和剪切荷载耦合作用的光弹实验，因此研制可以进行多种荷载组合施加的加载装置对于光弹实验在颗粒力学中的应用具有重要的价值。

为了研究颗粒材料在各种复杂加载条件下的变形、强度等特性，需要不断发展满足这一要求的试验设备，该设备的研制可以满足这一要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种颗粒材料力学实验可视化加载装置，在光弹实验过程中，可以进行压缩（轴向）荷载、剪切荷载及两者耦合情况下的荷载施加，并结合光弹仪，观察各种荷载作用下颗粒内部力学性能变化。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种颗粒材料力学实验可视化加载装置，它包括可视化框架、压缩荷载施加装置、剪切荷载施加装置以及相互配对的可视化上颗粒试样盒和可视化下颗粒试样盒，其中，所述可视化上颗粒试样盒和可视化下颗粒试样盒分别置于可视化框架内，且所述可视化下颗粒试样盒滑动安装在可视化框架的内腔底部，并可由装于可视化框架侧壁的剪切荷载施加装置对其施加剪切荷载，所述可视化上颗粒试样盒和可视化下颗粒试样盒之间通过可拆卸的销钉连接，且所述可视化上颗粒试样盒可由装于可视化框架顶部的压缩荷载施加装置对其内的颗粒材料施加压缩荷载。

它还包括有测量显示器，所述压缩荷载施加装置和剪切荷载施加装置上均装有拉压传感器和位移传感器，且所述拉压传感器和位移传感器分别与所述测量显示器连接。

所述可视化框架上设有用于调整颗粒试样盒初始位置的复位螺杆。

所述可视化上颗粒试样盒的放料口处配置有用于压着其内颗粒材料的加载盖板，所述压缩荷载施加装置通过其压杆抵着所述加载盖板，为可视化上颗粒试样盒内的颗粒材料施加压缩荷载。

所述剪切荷载施加装置通过其剪切杆抵着可视化下颗粒试样盒的侧壁，为该可视化下颗粒试样盒施加剪切荷载。

所述可视化上颗粒试样盒和可视化下颗粒试样盒均配套有两块可视化板，所述可视化上颗粒试样盒和可视化下颗粒试样盒上分别形成有用于插装所述可视化板的卡槽，且所述可视化上颗粒试样盒的卡槽与可视化下颗粒试样盒的卡槽一一对应，使得可视化上颗粒试样盒和可视化下颗粒试样盒连接固定后，可视化上颗粒试样盒的卡槽与可视化下颗粒试样盒的相应卡槽上下贯通；所述可视化上颗粒试样盒的两块可视化板和可视化下颗粒试样盒的两块可视化板插装在相应的卡槽上后，共同形成有用于容置颗粒材料的容置空间。

所述可视化框架的内腔底部上对应设有直线滑轨，所述可视化下颗粒试样盒是通过其底部的滑块滑动安装在所述直线滑轨上。

所述可视化板为有机玻璃板。

所述可视化框架的形状为方形。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型利用压缩荷载施加装置和剪切荷载施加装置进行加载，突破砝码的局限性，可以在规定的量程内施加任意大小的荷载，并且安装了拉压传感器和位移传感器，实时准确记录荷载、位移大小变化。