用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，包括相互连接的磁场发生机构和控制机构；其中所述磁场发生机构包括：底板及侧板，所述侧板设置在所述底板的两端；所述底板及所述侧板形成一个上端开口的结构；铁芯，所述铁芯设置在所述底板上，所述铁芯位于侧板之间，所述铁芯位于所述结构的底部；螺线管，所述螺线管套设置在所述铁芯外侧，所述螺线管与所述控制机构连接。本发明专利技术的有益效果如下：应用范围广、节约成本、操作方便、降低试验难度，提高试验精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，属于地质力学模型试验领域。
技术介绍
地质力学模型试验一直是岩土工程中一种重要研究手段，它既可以用来检验各种理论分析和数值计算的结果，也可用来直接指导实际工程的设计和施工。现有的模型试验分为两大类：一类是1g下的模型试验，在通常的重力场中，在一定边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，测量有关应力应变数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论计算结果。这种试验又分为小比尺试验和足尺试验。小比尺试验由于存在着应力水平较低，强度指标很难满足相似等问题；足尺试验的可信度很高，相关资料有很高的价值，但造价昂贵。在软土弹塑性模型以及考虑水介质作用的渗透模型研究中进行常规模型试验存在很大的困难。因为在普通重力场内，模型试验规模是有限的，模型中各点的应力水平仍然比原型低得多，土体的许多应力应变关系特别是非线性关系在模型中不能得到真实体现，试验成果主要依赖于模型相似材料的相似性以及数据采集的可靠性。另一类则是ng的模型试验，所谓的ng的模型试验就是将土工建筑物或地基与基础尺寸缩小到1/n，同时重力加速度增大到ng。在ng的试验中目前有土工离心机试验和渗水力模型试验两种，离心机试验已经得到了广泛地应用，渗水力模型试验也在一些特定问题的研究中得到应用，这两种方法都是利用其他类型的体积力形成人工力场来模拟重力的。土工离心模型试验是基于用离心惯性力场模拟重力场的原理，通过施加在模型上的离心惯性力将模型的容重变大，从而使模型中各点的应力与原型趋于一致，这种特点使离心模型和常规模型试验之间产生了本质的区别。因为在离心模型试验中可以获得ng的模拟重力场，对试验模型材料的力学性能要求比常规模型试验降低了n倍，从而在降低试验难度和提高试验结果可靠性方面获得了质的飞跃。但是土工离心模型试验也存在很多缺陷，首先离心惯性力场和重力场并不能完全相似，离心惯性力场与惯性半径成正比，模型上各点的加速度不同，大小和方向都在发生变化，致使土工离心模型试验不能获得均匀的力场，这与工程实际存在较大差异；其次加料过程中产生的科氏加速度也会引起离心模型误差；最后加速和制动问题也是离心模型试验的一个问题之一。旋转速度的提升和降低直至停止都需要一定的时间，这样所造成的力场的变化与工程实际也是不相符的，对试验结果的可靠性造成了很大的影响。渗水力模型试验的原理是利用重力场和渗透力场的叠加来模拟重力场，利用水流渗透所产生的拖曳力来增加土体的容重，并取得了一定的成果，但这种方法有严重的局限性，它研究的对象必须是饱和体，而且渗透系数必须达到一定程度，自由边界必须是平面等。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种可降低地质力学模型试验的难度并提高试验结果的精度的用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，包括相互连接的磁场发生机构和控制机构；其中所述磁场发生机构包括：底板及侧板，所述侧板设置在所述底板的两端；所述底板及所述侧板形成一个上端开口的结构；铁芯，所述铁芯设置在所述底板上，所述铁芯位于侧板之间，所述铁芯位于所述结构的底部；螺线管，所述螺线管套设置在所述铁芯外侧，所述螺线管与所述控制机构连接。优选地，所述螺线管为线圈绕组。优选地，所述螺线管为单向缠绕的线圈绕组。优选地，所述螺线管的线圈绕组的线匝在径向方向和轴向方向上均匀缠绕。优选地，所述螺线管中的材质为铝线或铜线。优选地，在所述侧板的内壁上设有防水绝缘层。优选地，所述防水绝缘层的材质为橡胶。优选地，所述底板、所述侧板及所述铁芯的材质为铁磁材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1)应用范围广：不仅可用于地质力学模型试验中，还可以应用于结构模型试验等其他需要利用磁力进行加载的试验中。2)节约成本：该用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置的制造成本及单次试验费用均低于离心机等大型模型试验设备。3)操作方便：通过控制通电电流可直接控制试验区域内的磁场强度及磁通密度梯度，从而控制试验模型所受体力的大小，并且可以静态地、直接地观察试验模型的变形及破坏行为。4)降低试验难度，提高试验精度：通过磁力模拟重力，将模拟所受体力提高至模型自身重力的n倍，可以降低配备模型试验相似材料的难度，并提高模型试验测试结果的精度。说明书附图通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置结构示意图；图2为本专利技术用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置磁场发生机构结构示意图；图3为本专利技术用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置螺线管结构示意图。图中：1-磁场发生机构2-控制机构3-底板4-侧板5-铁芯6-螺线管7-电源控制装置开关8-磁场发生装置电源开关9-电压显示屏10-电流显示屏11-紧急断电按钮12-电流调节旋钮13-电源控制装置通电指示灯14-磁场发生装置通电指示灯15-电源输入端口16-电流输出端口17-通风口18-机箱主体19-防水绝缘层具体实施方式下面采用具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。通电线圈通电后在线圈周围产生磁场，磁场被铁芯聚集在一起并传递到试验区域内，试验区域上方为开放式结构，磁场在试验区域内发散，由此产生向下的磁通密度梯度，再经由试验区域两侧的侧板返回到线圈中心的铁芯，形成闭合回路。由于饱和磁化后的铁磁材料在磁场中的受力大小与其所处位置的磁通密度梯度成正比，所以当试验区内的铁磁材料受到n倍于自身重力的磁力时，可用以模拟n个g的重力场。如图1～图3所示，本专利技术用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置包括磁场发生机构1和电源控制机构2两部分。磁场发生机构1包括铁芯5、底板3、侧板4和和防水绝缘层19四部分，底板3和侧板4形成一上端开口的结构，铁芯5放置在该结构的底部，也就是试验区域内，在铁芯5的外侧套设螺线管6，螺线管6与电源控制机构2连接，由电源控制机构2控制螺线管6的是否通电。具体地，打开电源控制机构开关7，电源控制机构2通过电源输入端口15接入220V交流电，此时电源控制机构通电指示灯13亮起，表明电源控制机构2正常工作；利用整流器将交流转换为直流电，打开磁场发生机构电源开关8，将直流电通过电流输出端口16输出至磁场发生机构1，磁场发生机构通电指示灯14亮起，表明磁场发生机构1正常工作，通过旋转电流调节旋钮12调节由电源控制机构2输入至磁场发生机构1的电流大小，磁场发生机构1中的螺线管6内的实时电压和电流分别显示在电压显示屏9和电流显示屏10上。电源控制机构2内设置稳流器，以保证磁场发生机构1中的螺线管6内的通电电流的稳定性。电源控制机构2内设置风扇，机箱主体18上设置通风口17，当电源控制机构2内部温度过高时，自动启动风扇，并通过通风口17通风散热，以保证电源控制机构2时刻处于最佳工作温度，以免高温引发设备故障。电源控制机构2的机箱主体18上设置紧急断电按钮11，可在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，其特征在于，包括相互连接的磁场发生机构和控制机构；其中所述磁场发生机构包括：底板及侧板，所述侧板设置在所述底板的两端；所述底板及所述侧板形成一个上端开口的结构；铁芯，所述铁芯设置在所述底板上，所述铁芯位于侧板之间，所述铁芯位于所述结构的底部；螺线管，所述螺线管套设置在所述铁芯外侧，所述螺线管与所述控制机构连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，其特征在于，包括相互连接的磁场发生机构和控制机构；其中所述磁场发生机构包括：底板及侧板，所述侧板设置在所述底板的两端；所述底板及所述侧板形成一个上端开口的结构；铁芯，所述铁芯设置在所述底板上，所述铁芯位于侧板之间，所述铁芯位于所述结构的底部；螺线管，所述螺线管套设置在所述铁芯外侧，所述螺线管与所述控制机构连接。2.根据权利要求1的用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，其特征在于，所述螺线管为线圈绕组。3.根据权利要求2的用于地质力学模型试验加载的梯度磁场发生装置，其特征在于，所述螺线管为单向缠绕的线圈绕组。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先启，毕金锋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31