[发明专利]高轴向应力碳纤维高压宽温夹持器

说明书

技术领域

本发明涉及一种夹持器，特别是涉及一种高轴向应力碳纤维高压宽温夹持器

背景技术

在传统岩土工程力学实验中，常常需要进行力学三轴实验。该实验需要一种专用夹持器，将样品装夹在其中并施加模拟地层压力的围压，然后在两端施加压力，最终通过应力应变关系获得样品的力学参数。

随着技术的发展，传统的三轴力学越来越不能适应现代科学实验的需求。例如，为了施加较大的轴向应力，需要的设备本身也越来越大，动则数吨甚至几十吨，而为了实现某些特殊的功能，例如在CT内扫描三轴的动态图像，需要整体设备重量控制在数十公斤以下，因此，急需超小型化的三轴实验夹持器来满足这样的需求。

本发明通过分离轴向承载与周向承载构件，可以同时实现高围压以及高的轴向载荷。围压可以高达100MPa，轴向载荷可以高达1000KN。通过调整轴向承载与周向承载的碳纤维构件的参数，可以达到更高的围压及轴向载荷。而在实现上述力学参数的同时，整个设备的重量可以控制在几公斤到数十公斤以内。

本发明通过选择高温树脂进行碳纤维缠绕，可以在不高于200℃的环境下工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高轴向应力碳纤维高压宽温夹持器，其能够承受内部压力及较高的轴向应力，也适用于高温高压的环境，使用方便，易于制造和生产。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高轴向应力碳纤维高压宽温夹持器，其特征在于，其包括内筒、轴向承压碳纤维缠绕筒、周向承压碳纤维缠绕筒，轴向承压碳纤维缠绕筒用于承载内筒的轴向应力，轴向承压碳纤维缠绕筒的周向应力趋近于零；周向承压碳纤维缠绕筒用于承载内筒的周向应力，周向承压碳纤维缠绕筒的轴向应力趋近于零。

优选地，所述内筒包括第一轴向承力肩、第一密封段、功能段、第一传力端头、第二传力端头、第二密封段、第二轴向承力肩，第一轴向承力肩与第一传力端头连接，第一密封段位于第一轴向承力肩内，功能段的两端分别与第一轴向承力肩、第二轴向承力肩连接，第二密封段位于第二轴向承力肩内，第二传力端头与第二轴向承力肩连接。

优选地，所述碳纤维缠绕筒为分开的内外两层，分别承担轴向应力和周向应力。

优选地，所述内筒为薄壁圆筒，材质为致密材料，可以自然实现对内部介质的防渗漏功能。

优选地，所述内筒为一体结构或为拼装结构，这样方便根据需要采用不同的内筒材料及内筒制造。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够采用多层碳纤维，实现周向受力与轴向受力分开，在保证质量轻、体积小的前提下，能承受远大于周向应力的轴向应力，适用于高温高压高轴向应力的环境；轴向应力与周向应力分开，不互相影响，质量轻、强度高。

附图说明

图1为本发明高轴向应力碳纤维高压宽温夹持器的结构示意图。

图2为本发明中内筒的一种结构示意图。

图3为本发明中内筒的另一种结构示意图。

图4为本发明中周向承压碳纤维缠绕的结构示意图。

图5为本发明中轴向承压碳纤维缠绕的结构示意图。

图6为本发明的一种具体使用时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1至图5所示，本发明高轴向应力碳纤维高压宽温夹持器包括内筒1、轴向承压碳纤维缠绕筒2、周向承压碳纤维缠绕筒3，轴向承压碳纤维缠绕筒2用于承载内筒的轴向应力，轴向承压碳纤维缠绕筒的周向应力趋近于零；周向承压碳纤维缠绕筒用于承载内筒的周向应力，周向承压碳纤维缠绕筒的轴向应力趋近于零。

内筒1包括第一轴向承力肩4、第一密封段5、功能段6、第一传力端头7、第二传力端头8、第二密封段9、第二轴向承力肩10，第一轴向承力肩4与第一传力端头7连接，第一密封段5位于第一轴向承力肩4内，功能段6的两端分别与第一轴向承力肩4、第二轴向承力肩10连接，第二密封段9位于第二轴向承力肩10内，第二传力端头8与第二轴向承力肩10连接。

内筒中间的功能段可以采用一体式的结构，也可采用拼装式(见图3)的结构，可根据具体需要换不同的材料，如金属：钛、铝，或塑料或橡胶等，内筒很薄，不做任何受力要求，仅要求穿透性。因此该夹持器具有X-RAY可穿透性。本发明所受的轴向力由轴向承力碳纤维缠绕筒，周向力由周向承压碳纤维缠绕筒承担，所以该部位不会因受力原因而破坏。