一种可视化真三轴实验装置制造方法及图纸

一种可视化真三轴实验装置，包括底座、加载框架、试件盒和六个伺服动作器，试件盒包括盒体、自定心压盘、对中垫块、压轴、透明压块和引伸计；自定心压盘设于盒体的六个面上，六个伺服动作器的输出轴分别连接在对应的自定心压盘上；自定心压盘的侧面设有连接支架，引伸计的两端分别固定在相对的两个自定心压盘的连接支架上；自定心压盘朝向盒体的一侧设有对中垫块，用于防止自定心压盘转动；压轴的一端与自定心压盘连接，压轴的另一端穿过盒体与透明压块连接，透明压块上设有摄像机安设孔，摄像机安设孔内设有摄像机。其能够对试件进行三向六面加载，同时能够实时观察和记录试件的变形过程，操作简便，经济实用，易于推广。

A Visual True Tri-Axis Experimental Device

A visual true triaxial experimental device consists of a base, a loading frame, a test box and six servo actuators. The test box includes a box body, a self-centering pressure plate, a centering pad, a compression shaft, a transparent pressure plate and an extensometer. The self-centering pressure plate is located on six surfaces of the box body, and the output axes of the six servo actuators are connected to each other. On the self-centering pressure plate, there is a connecting bracket on the side of the self-centering pressure plate, and the two ends of the extensometer are fixed on the connecting bracket of the relative two self-centering pressure plates; on one side of the box body, the self-centering pressure plate is provided with a centering pad to prevent the rotation of the self-centering pressure plate; on one end of the pressure shaft, the self-centering pressure plate is connected to the self-centering pressure plate, and the axis is pressed. The other end is connected through the box body and the transparent pressing block. The transparent pressing block is provided with a camera mounting hole, and the camera mounting hole is provided with a camera. It can load the specimens in three directions and six sides, and can observe and record the deformation process of the specimens in real time. It is easy to operate, economical and practical, and easy to popularize.

【技术实现步骤摘要】
一种可视化真三轴实验装置
本专利技术涉及岩石力学特性的测试技术，具体涉及一种可视化真三轴实验装置。
技术介绍
随着科技和经济技术的发展，涉及的材料力学问题越来越多元化，这就迫使我们进一步完善和发展材料的测试技术。真三轴试验机已经广泛应用于岩土工程、新型材料、地质灾害研究与应用等领域。同时，岩石试验机也成了目前研究的一个热点，从试验研究发展来看，岩石试验机将会向CT扫描、三轴剪切渗流、三轴仿真试验系统和原位真三轴试验系统方向发展的趋势。那么材料三轴试验机也便是重中之重的研究对象了，特别在岩土工程领域,岩石三轴试验机承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究和工程应用的重任。传统的真三轴试验机已经广泛的应用，但仍有几点不足之处：1、采用密闭容器进行“黑箱”实验，对于材料在加卸载过程中的变化情况无法或者难以进行直观的观测和研究，尤其是对渗流实验时对流体在试件中的状态难以观测；2、试件垫块多采用合金或硬质钢板，笨重且本身不是透明材料，不利于试件的直接观测和研究；3、围压的加载需要用液体来替代，限定了σ2=σ3，不能模拟真实的应力状态，操作复杂，容易发生泄漏，也不利于渗流实验的进行。因此，传统真三轴设备在直观的观测和记录试件的变形或渗流过程方面无法满足现有的实验需求。新型的真三轴测试手段，如CN107219122A、CN107091780A、CN105842343A等采用声发射配合真三轴进行实验，但是声发射的探头脆弱且容易受到外界的干扰；如CN107228800A、CN206593980U、CN207020004U都是采用光纤光栅或者光敏材料进行实验，这种实验方法复杂，条件苛刻；如CN206420717U采用扫描仪配合真三轴进行实验，但只能对试件的四个面进行扫描且只能观测试件的表面；如CN106501090A采用三维激光配合真三轴进行实验，但只能在三轴加载实验完成后进行扫描，无法观察试件的动态变化过程；如CN105181471B采用CT配合真三轴进行实验，但CT的造价很高，使用寿命短，对人体有辐射，必须在专门的试验场地进行实验，操作复杂；如CN103257072A采用线性激光器配合真三轴进行实验，但只能对试件的侧面进行观测，操作难度大，价格高；如CN101968348B采用室温固化型流体材料作为压裂液进行实验，但试验完之后仍然需要将试件剖开进行观测，不能进行动态观测；或者使用示踪剂进行标记裂缝的扩展情况，但也需要将试件剖开进行观测，不能进行动态的观测。总的来说这些技术方案大部分不能进行动态的观测，或者操作和使用条件苛刻，对实验数据的采集任然是一种间接的采集，不能在三轴实验过程中进行直观的观测。可视化真三轴测试手段，如CN104007250A采用丙烯玻璃替代部分压力腔，如CN104596861B采用透明压力室，但数据采集部分使用照相机或摄像机且摄像部分在外部数据采集精度不高，没有实现三轴的独立加载，不能对试件的所有面进行观测；如CN104749025A在压力仓侧面安置一个可视窗，但没有配合其他设备进行数据的采集；如CN106198243A采用可视窗搭配数码相机进行三轴实验，但只能观测两个面。总体上这些技术方案采用的相机或者摄像机都在真三轴的外部，实验数据的精度不足，同时由于可视窗的存在，导致实验装置强度不够，进行三轴实验时不能进行太高的压力。因此，需要开发一种能够实时观察三轴实验过程的可视化真三轴实验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可视化真三轴实验装置，其能够对试件进行三向六面加载，同时能够实时观察和记录试件的变形过程，操作简便，经济实用，易于推广。本专利技术所述的可视化真三轴实验装置，包括底座、加载框架、试件盒和六个伺服动作器，所述加载框架设于底座上，试件盒设于加载框架内，六个伺服动作器设于加载框架上，用于向试件盒内的试件提供垂直于试件表面的载荷；所述试件盒包括盒体、自定心压盘、对中垫块、压轴、透明压块和引伸计；所述盒体通过左盖体、右盖体和侧壁合围成长方体或正方体结构，所述自定心压盘的数量为六个，设于盒体的六个面上，六个伺服动作器的输出轴分别连接在对应的自定心压盘上；所述自定心压盘的侧面设有连接支架，引伸计的两端分别固定在相对的两个自定心压盘的连接支架上；自定心压盘朝向盒体的一侧设有对中垫块，用于防止自定心压盘转动；所述压轴的一端与自定心压盘连接，压轴的另一端穿过盒体与透明压块连接，所述透明压块用于压在试件的一个面上；所述透明压块上设有摄像机安设孔，摄像机安设孔内设有摄像机。进一步，所述加载框架包括纵向框架和轴向框架；所述纵向框架固定于底座的驱动系统上，包括左横梁、右横梁和连接柱，所述连接柱两端分别与左横梁和右横梁固定连接，连接柱上设有用于固定试件盒的夹具；所述轴向框架固定于底座上，设于左横梁和右横梁之间，由两个横向框架和两个竖向框架构成回字形结构；六个伺服动作器分别设置于左横梁、右横梁、两个横向框架和两个竖向框架上。进一步，所述驱动系统包括滑轨、滑块、定位油缸和油缸；所述滑轨沿左右方向设于底座上，所述滑轨上设有滑块，所述滑块由油缸驱动沿滑轨移动，滑动到指定位置后由定位油缸锁紧固定，纵向框架的左横梁和右横梁固定于滑块上。进一步，所述伺服动作器包括作动器、液压伺服阀、载荷传感器和位移传感器，所述液压伺服阀、载荷传感器和位移传感器设于作动器上，作动器的输出轴与自定心压盘对应配合。进一步，所述伺服动作器包括作动器、液压伺服阀、载荷传感器和位移传感器，所述液压伺服阀设于作动器上，所述载荷传感器设于作动器与自定心压盘接触的一端，所述位移传感器设于作动器的另一端。进一步，所述透明压块的材质为无色透明有机玻璃。进一步，所述摄像机为高速摄像机。进一步，所述试件盒下部左、右方分别设有定位销，所述底座上设有与定位销对应配合的定位孔。进一步，所述透明压块与试件之间设有垫块，所述垫块的材质与透明压块的材质一致。进一步，所述自定心压盘上设有预紧螺钉，用于将自定心压盘预紧在盒体上。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、本专利技术由于采用了透明压块，并在透明压块上设置摄像机安设孔，将摄像机固定于摄像机安设孔内，能够实时观察和记录试件的变形过程，由于摄像机设于真三轴实验装置的内部，提高了实验数据的精度。2、本专利技术在试件的三个相互垂直的方向上提供了六个伺服动作器，使得垂直于试件的六个表面均具有独立加载/卸载能力，保证了试件能够进行真三轴实验，并且能够根据实际需要模拟更为复杂的应力状态。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的试件盒的结构示意图；图3是本专利技术的纵向框架的结构示意图；图4是本专利技术的轴向框架的结构示意图；图5是本专利技术的轴向框架的轴测图；图6是本专利技术的纵向框架和轴向框架的配合示意图。图中，1—底座，2—试件盒，21—盒体，22—自定心压盘，221—连接支架，222—预紧螺钉，23—对中垫块，24—压轴，25—透明压块，251—摄像机安设孔，26—引伸计，27—垫块，28—定位销，3—纵向框架，31—左横梁，32—右横梁，33—连接柱，34—夹具，4—轴向框架，41—横向框架，42—竖向框架，5—伺服动作器，51—作动器，52—液压伺服阀，53—载荷传感器，54—位移传感器，6—驱动系统，6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化真三轴实验装置，其特征在于：包括底座（1）、加载框架、试件盒（2）和六个伺服动作器（5），所述加载框架设于底座上，试件盒设于加载框架内，六个伺服动作器设于加载框架上，用于向试件盒内的试件（8）提供垂直于试件表面的载荷；所述试件盒（2）包括盒体（21）、自定心压盘（22）、对中垫块（23）、压轴（24）、透明压块（25）和引伸计（26）；所述盒体（21）通过左盖体、右盖体和侧壁合围成长方体或正方体结构，所述自定心压盘（22）的数量为六个，设于盒体（21）的六个面上，六个伺服动作器（5）的输出轴分别连接在对应的自定心压盘上；所述自定心压盘的侧面设有连接支架（221），引伸计（26）的两端分别固定在相对的两个自定心压盘的连接支架上；自定心压盘朝向盒体的一侧设有对中垫块（23），用于防止自定心压盘转动；所述压轴（24）的一端与自定心压盘（22）连接，压轴的另一端穿过盒体（21）与透明压块（25）连接，所述透明压块用于压在试件（8）的一个面上；所述透明压块（25）上设有摄像机安设孔（251），摄像机安设孔内设有摄像机（7）。

【技术特征摘要】
1.一种可视化真三轴实验装置，其特征在于：包括底座（1）、加载框架、试件盒（2）和六个伺服动作器（5），所述加载框架设于底座上，试件盒设于加载框架内，六个伺服动作器设于加载框架上，用于向试件盒内的试件（8）提供垂直于试件表面的载荷；所述试件盒（2）包括盒体（21）、自定心压盘（22）、对中垫块（23）、压轴（24）、透明压块（25）和引伸计（26）；所述盒体（21）通过左盖体、右盖体和侧壁合围成长方体或正方体结构，所述自定心压盘（22）的数量为六个，设于盒体（21）的六个面上，六个伺服动作器（5）的输出轴分别连接在对应的自定心压盘上；所述自定心压盘的侧面设有连接支架（221），引伸计（26）的两端分别固定在相对的两个自定心压盘的连接支架上；自定心压盘朝向盒体的一侧设有对中垫块（23），用于防止自定心压盘转动；所述压轴（24）的一端与自定心压盘（22）连接，压轴的另一端穿过盒体（21）与透明压块（25）连接，所述透明压块用于压在试件（8）的一个面上；所述透明压块（25）上设有摄像机安设孔（251），摄像机安设孔内设有摄像机（7）。2.根据权利要求1所述的可视化真三轴实验装置，其特征在于：所述加载框架包括纵向框架（3）和轴向框架（4）；所述纵向框架（3）固定于底座（1）的驱动系统（6）上，包括左横梁（31）、右横梁（32）和连接柱（33），所述连接柱两端分别与左横梁和右横梁固定连接，连接柱上设有用于固定试件盒（2）的夹具（34）；所述轴向框架（4）固定于底座（1）上，设于左横梁（31）和右横梁（32）之间，由两个横向框架（41）...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛兆龙，卢义玉，程玉刚，汤积仁，夏彬伟，赵汉云，周哲，邓凯，张亮，仲建宇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50