[发明专利]真三轴动静组合加载霍普金森压杆的温度控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种真三轴动静组合加载霍普金森压杆的温度控制系统及方法，包括温度控制箱，所述温度控制箱内置有加热孔，带引线的加热棒放置在加热孔中，温度控制箱的炉膛体积为测试试样的1.5倍至2.5倍之间，温度控制箱的六个面预留方孔，六个面上方孔的尺寸与霍普金森杆的方形杆的尺寸一致，温度控制箱设计为对称的四部分。方法包括以下步骤：1：组装温度控制箱；2：安装垫块；3：将所述温度控制箱放置于垫块上表面中心位置；4：对测试试样进行加热处理；5：对测试试样施加静态预应力、冲击荷载。本发明可以使测试试样原位加热并保持恒定温度，开展不同温度场下的基于真三轴霍普金森压杆动态冲击加载测试实验研究。

技术领域

本发明涉及动态力学测试领域，尤其涉及基于真三轴动静组合加载霍普金森杆的温压耦合控制装置及测试方法。

背景技术

在深部矿产资源开采以及岩土工程(如隧道、地下掩体和深部核废料储存硐室等)开挖过程中，岩石等材料不仅要承受高地应力和爆破开挖等产生的工程扰动，还受到高温的作用。根据量测，越往地下深处，地温越高，深部岩体的高地温也会对岩体的力学特性产生显著的影响，特别高地应力和高地温下深部岩体的力学性质与普通环境条件下具有巨大差别。国内外现有开展岩石等材料在高地应力和高温作用下的动态力学特性研究，大多是基于传统的一维动静组合加载霍普金森压杆实验装置(如专利号为200510032031.6的装置)，该装置虽然能够开展等围压(三个主方向的应力满足：σ₁≠σ₂＝σ₃)条件下的岩石动静组合加载试验研究，但是温度场对岩石试样的影响则无法实时考虑。其通常做法是先将岩石试样在高温炉中加热至一定温度，随后将其自然冷却，然后再对冷却后的岩石试样开展相关动态冲击加载试验研究，这显然与深部实际岩体的实际工况不符合。专利号为201620574575.9的实用新型专利介绍了一种可以在岩石类试样施加预定真三轴静态应力(三个主方向的应力满足：σ₁≠σ₂≠σ₃)后，再对试样进行单向冲击加载的装置，实现了在稳定静载真三轴应力状态下岩石试样的冲击加载。但是，该装置测试时仍然无法实时考虑温度场对岩石试样的影响，尤其是无法考虑实时温度和压力耦合加载的情况。因此，目前国内外尚没有将温度控制系统和动静组合加载系统，特别是真三轴动静组合加载系统，联合在一起考虑实时温度和压力耦合加载的真三轴动静组合加载霍普金森杆设备。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种真三轴动静组合加载霍普金森压杆的温度控制系统，其包括中心立方体方箱，以中心立方体方箱为对称中心，分别对称布置X+向、X-向、Y+向、Y-向、Z+向和Z-向围压加载系统、电磁脉冲激发腔、方形杆、凸台以及自润滑方形杆固定支撑架，构成三轴六向霍普金森杆系统，围压加载系统包括围压加载液压油缸、围压加载作动器与围压加载框；其中方形杆由自润滑方形杆固定支撑架固定，中心立方体方箱设有方形开口，方形杆与中心立方体方箱于方形开口实现对中连接；围压加载液压油缸和围压加载作动器与围压加载框串联组合，电磁脉冲激发腔放置在围压加载框内，并放置于方形杆的入射端，且与方形杆的入射端自由且紧密的贴合，围压加载框与凸台串联连接；凸台置于方形杆入射端；

所述温度控制系统还包括温度控制装置，所述温度控制装置包括温度控制箱，所述温度控制箱内置有加热孔，带引线的加热棒放置在加热孔中，温度控制箱的炉膛体积为测试试样的1.5倍至2.5倍之间，温度控制箱的六个面预留方孔，六个面上方孔的尺寸与霍普金森杆的方形杆的尺寸一致，温度控制箱设计为对称的四部分。

作为本发明的进一步改进，凸台距离方形杆端部为杆长的3％至7％处。

作为本发明的进一步改进，凸台的长度为方形杆长度的1.5％至4％。

作为本发明的进一步改进，凸台的直径为方形杆横截面边长的1.5至2.5倍。

根据上述任意一项的一种真三轴动静组合加载霍普金森压杆的温度控制系统进行温度控制的方法，包括如下步骤：