[发明专利]用于分离式霍普金森压杆的通用型真三轴静载预加系统

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试技术领域，具体是一种适用于分离式霍普金森压杆 的通用型真三轴静载预加系统。

背景技术

地下工程岩体多处于三向不等应力条件下，且常遭受地震冲击、开挖爆破甚至武 器打击等冲击动载作用而破坏，对岩石材料真三轴应力条件下的冲击力学特性进行研 究具有必要性。

目前，真三轴试验机难以实现中高应变率冲击荷载施加，分离式霍普金森压杆 (SHPB)装置作为研究应变率段10¹-10³s^-1岩石类脆性材料动态性能的经典试验系统得 到了广泛的应用。常用的SHPB装置主要用于材料单轴力学性能的测试。现有的围压 SHPB装置主要通过对试样施加围压后进行冲击试验，现有的常规三轴动静组合试验 装置主要通过对试样施加侧向围压与轴向静应力后进行轴向冲击试验，此两种均难以 实现对地下工程岩石的三向不等应力条件的良好模拟。

目前，基于SHPB装置改进的多轴加载装置已有应用，但由于SHPB装置尺寸装 配等的多样性，多为所在单位针对其具体型号进行的升级改造，具有通用性的可变尺 寸真三轴静载预加系统尚未出现。

发明内容

为克服现有技术中存在的难以实现对地下工程岩石的三向不等应力条件的良好模 拟的不足，本发明提出了一种用于分离式霍普金森压杆的通用型真三轴静载预加系统。

本发明包括体反力钢架、轴向预加载系统、径向预加载系统和导轨系统。所述主 体反力钢架为所述轴向预加载系统和径向预加载系统的载体。该主体反力钢架安装在 导轨系统的托架上。所述轴向预加载系统有两套，分别位于所述主体反力钢架的两端， 并安装在该主体反力钢架的轴向反力架上。所述径向预加载系统有四套，均安装在所 述主体反力钢架的装配横梁长度方向的中部位置；所述各径向预加载系统中的径向千 斤顶油缸的中心线垂直于所述轴向预加载系统中的轴向预加载杆的中心线。

所述导轨系统包括两个托架、一对径向移动导轨、四个双向滚轮和一对轴向移动 导轨。其中所述的四个双向滚轮均分为两组安放在所述径向移动导轨上。所述一对轴 向移动导轨分别安装在两组双向滚轮上。两个托架的两端分别安装在一根轴向移动导 轨上。所述径向移动导轨与轴向移动导轨相互垂直。所述轴向移动导轨平行于轴向预 加载系统中的轴向预加载杆。

所述双向滚轮是将两个滚轮组的滚轮架表面固接为整体，使两个滚轮组中的滚轮 分别位于该双向滚轮的上表面和下表面。所述滚轮架为凹槽状，在各滚轮架的壁板上 分别有两对滚轮安装槽。所述位于该双向滚轮的上表面的滚轮的轴线与位于该双向滚 轮的下表面的滚轮的轴线相互垂直。在所述两个托架的顶部分别有安装平台，该安装 平台与所述主体反力钢架中的径向反力架通过螺栓固连。

所述主体反力钢架包括两个轴向反力架、两个径向反力架、两个轴向油缸固定套 筒、四个径向油缸固定套筒和四根装配横梁以及T字型连接件和工字型连接件。其中， 四根装配横梁的中部和两端分别固定在各T字型连接件和工字型连接件的端面上；所 述各T字型连接件均布在各径向反力架的圆周上；所述各工字型连接件均布在各轴向 反力架的圆周上。所述两个轴向油缸固定套筒分别位于所述主体反力钢架的两端，并 通过固定板固定在各轴向反力架上。所述四个径向油缸固定套筒分别通过螺栓固定在 各装配横梁长度方向的中心位置上。

所述轴向预加载系统包括轴向千斤顶、轴向预加载杆、牵引头和轴向定位环。所 述轴向千斤顶包括轴向千斤顶油缸、空心活塞、卸载油阀、加载油阀和气阀。所述轴 向千斤顶油缸含有前油室和后油室，并且所述前油室与加载油阀相通，所述后油室与 卸载油阀相通；在所述前油室和后油室上分别安装有气阀。所述空心活塞的活塞头的 圆周表面与轴向千斤顶油缸的内表面配密封合。

所述空心活塞两端的空心杆分别从轴向千斤顶油缸两端的开孔处伸出。所述轴向 预加载杆装入所述空心活塞内，并该述轴向预加载杆的一端从套装在所述空心活塞上 的牵引头的端盖中心穿出。