[发明专利]一种自对芯可变直径岩石霍普金森杆的实验装置

说明书

本发明涉及一种自对芯可变直径岩石霍普金森杆的实验装置，在水平支撑平台上设置变直径入射杆和变直径透射杆自对芯固定支座，支座上设置有滚轮活塞固定盘；在固定盘上设置有可升降滚轮活塞；可升降滚轮活塞末端为滚轮，用于给杆件变直径入射杆和变直径透射杆提供支持并不限制其轴向运动；可升降滚轮活塞通过控制气泵或油泵的压力大小而改变其伸出长度，从而实现滚轮对于杆件的自对芯并紧密夹持。变直径杆件自对芯固定支座实现不同直径杆件的快速安装、更换，并且可以通过控制滚轮活塞的同步伸缩完成杆件系统的快速高精度自动对芯。该发明调试方便，节约成本，增加了设备的可调节性与通用性。

技术领域

本发明涉及一种基于应力波传播理论的自对芯可变直径岩石霍普金森杆的实验装置，属于岩石动力学试验技术领域。

背景技术

随着人类技术手段的发展和实验装备的进步，岩石的动态特性已经越来越多地被人们所了解。特别是自从霍普金森杆出现以来，以及对波形采集设备的不断发展，加上材料加工工艺的进步，使得这种技术手段在测量材料动态特性的应用中越来越精确。目前，传统的霍普金森杆被广泛应用于各种工程材料动态力学性能的测试中。特别地，经过国内外学者们的一致努力，霍普金森杆在测试岩石类脆性材料的动态力学性质中发挥了重要的作用，研究成果主要体现在岩石的强度与断裂特性等方面的研究。然而，在岩石工程领域中，应力波在岩体中的传播规律也是一个重要的研究热点。由于岩体中普遍存在着节理，而节理的力学特性又是影响岩体强度的关键性因素，虽然目前在节理岩体静态和准静态力学特性方面的研究已经十分完善，但对于其动态力学特性的研究尚不全面。在地下工程和边坡工程中，节理岩体经常受到地震、爆破等冲击荷载的影响，给工程安全造成了极大的隐患。因此，研究应力波在岩体中的传播规律是十分有必要的。

在研究应力波在岩体中传播规律的方法中，试验方法无疑是最为可靠与合理的。其中，根据分离式霍普金森压杆改造的岩石压杆是常见的实验仪器之一，因为岩石杆能够合理地模拟并反映一维应力波在岩石中的传播规律。国内外基于此法成功研究了诸如节理吻合系数、节理厚度等因素对岩体中波传播的影响等前沿问题。由此可见，岩石杆在此类问题的研究中起到了不可替代的作用。然而，传统的霍普金森杆由金属材料制成，在现有的工艺水平与机械加工精度条件下，其对于高精度的要求很容易得到满足。但对于岩石材质的杆件来说，其加工精度很难达到金属杆件加工精度；岩石杆在加工过程中的主要原理是依靠钻头与岩石等脆性材料的磨削作用实现的，即便是对于同一根钻筒来讲，岩石的硬度及矿物颗粒成分等因素皆会对取芯直径造成一定的影响。由于传统霍普金森杆系统对测试状态的要求较高，为了保证杆件之间的精确配合，支座的限位轴承的直径需与杆件直径保持一致才能紧密贴合。而由于岩石杆在加工过程中直径不易精确控制的原因，其在安装过程中一旦二者尺寸无法完美匹配，则需要再次定制加工底座，极大地提高了成本。若更换相应的底座，在此过程中往往会增加调试的难度，其中杆件对芯校准就需要耗费大量时间和人力成本，而且对于不熟练的非专业人士而言调试结果往往也难以达到系统最佳的测试状态。同时，频繁更换调试支座也会造成测试系统各部件之间的机械磨损、测试效率的降低与经济成本的增加等问题；另一方面由于实验的要求不同，分离式霍普金森岩石杆系统往往需要频繁更换不同直径的杆件以达到测试目的；此外，由于传统的霍普金森杆系统的杆件制作多数采用直线轴承作为支撑和传动装置，其在安装调试过程中往往需要耗费大量的校准时间且对调试人员的专业性要求较高，极大地降低了安装效率。因此亟需开发一种可以适用于多种直径不同材料杆件并可自动对芯的霍普金森岩石杆实验系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、试验过程稳定性好、可快速适用于不同直径与不同材质杆件要求的并可实现自动对芯功能的分离式霍普金森岩石杆测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：