CFRP-磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术CFRP

【技术实现步骤摘要】
CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置及方法


[0001]本专利技术属于液压式材料试验机
，涉及CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置及方法。

技术介绍

[0002]在测定岩石材料的受压应力
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应变曲线时，通常采用的是普通液压式材料实验机。普通液压机能够较为准确的测出曲线的上升段，但由于试验机本身刚度不足，在加载过程中，试件发生变形，试验机架也受拉变长，试验机积聚了大量的弹性应变能，达到试样的应力
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应变曲线峰值之后，材料的承载力降低，试验机因受力减小而恢复变形，若试验机回弹变形大于试件破坏所需要的变形，则试件急速变形、崩碎，峰值点后曲线无规律。传统的材料压缩试验机，测得刚度较大的岩石材料应力
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应变曲线图大致为图6示意。
[0003]为了能够更加准确的测出试件的完整应力
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应变曲线，传统的两种方法：一种是增大试验机的刚度，减小达到峰值后的试验机回弹变形，此方法设计和加工的刚度很大的元件有一定困难，且造价过高；另外一种方法是在试件上安装应变感应器，通过感应器的信号控制实验机的油泵进油和退油，此方法电能消耗大、试验费用高。此外，还有一种方法：在试验机上下压板之间放入一个千斤顶，控制试验机以及千斤顶的进出油，从而获得试验结果，但此方法对试验机进出油较为严格、操作复杂、进出油控制延迟较大，容易产生较大误差。综上，亟需一种造价低、工艺简单、能够准确测量出应力应变大小的试验机。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置及方法，以解决现有的普通液压式材料试验机不能测量刚度较大的岩体的完整应力
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应变曲线的问题。
[0005]本专利技术提供一种CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置，包括：荷载框架、支撑机构、压力机构和数据采集处理机构；所述荷载框架分为上、下两层，上层用于放置试样，下层安装压力机构，所述压力机构从下方向试样施加轴向压力；数据采集处理机构包括：载荷传感器、位移传感器和控制器，载荷传感器安装在试样顶部以测量压力机构施加的轴向压力，位移传感器设在试样侧面以测量试样的应变，所述控制器根据轴向压力和应变绘制应力
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应变曲线；装置设有两个支撑机构，支撑机构设置在荷载框架的上层并对称设置在试样两侧，支撑机构包括CFRP柱芯、磁流变弹性体、线圈和铅筒，磁流变弹性体包裹在CFRP柱芯外部，磁流变弹性体外部绕设多层线圈，相邻两层线圈间设置铅筒，通过控制器控制线圈通电或断电。
[0006]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，所述荷载框架包括：下横梁、加压板、上横梁、上立柱和下立柱；所述下横梁上设有两根下立柱，下立柱上设置上立柱，上立柱的顶端支撑固定在上横梁的底面；所述上立柱的直径小于下立柱
的直径，所述加压板上设有两个通孔，两根上立柱穿过对应通孔，加压板的底面支撑在下立柱的顶端且可沿上立柱上、下移动；所述上横梁的底面和下横梁的顶面都设有垫片，试样顶部安装载荷传感器后再整体安装到两个垫片之间；所述上横梁的底面设有两个圆柱垫块，所述支撑机构设置在加压板和圆柱垫块之间；所述压力机构设置在下横梁上，压力机构通过加压板的传递实现对试样施加轴向压力。
[0007]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，支撑机构为圆柱体结构，磁流变弹性体的外径小于最内层线圈的内径且留有0.5cm的空间，以便容纳磁流变弹性体竖向压缩导致的横向膨胀，在最外层线圈的外部包裹铍青铜合金外壳，减少磁场扩散。
[0008]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，所述圆柱垫块的直径大于磁流变弹性体的外径且小于最内层线圈的内径，圆柱垫块的中心轴与磁流变弹性体中心轴在同一直线上；施加轴向压力之前，圆柱垫块与磁流变弹性体接触，在压缩试件过程中圆柱垫块能够插入到最内层线圈中压缩CFRP和磁流变弹性体构成的夹心柱。
[0009]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，所述压力机构为液压油缸，通过控制器控制液压油缸的进油和退油。
[0010]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，所述上横梁、加压板、下横梁、上立柱、下立柱、圆柱垫块和垫片均是由防磁不锈钢制成，其导磁率为1.001～1.01H/m，杨氏模量为200GPa，密度为7.7g/cm3。
[0011]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，所述CFRP柱芯以碳纤维作为增强体，以树脂作为基体，经拉挤、缠绕、模压成型工艺胶结而成的一种高性能复合材料；所述碳纤维由有机纤维经高温碳化及石墨化制备而得，密度1.8g/cm3，是含碳量在90％以上的微晶石墨材料。
[0012]在本专利技术的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置中，所述磁流变弹性体的制备过程为：将橡胶基体、磁性颗粒以及所有填充物料放入炼胶机中，机械均匀搅拌后再置于高温下真空桶中脱泡，再将其注入到铝制模具内；把硫化剂和硫化促进剂倒入模具内高温下硫化，硫化同时施加磁场制备各向异性的筒状的磁流变弹性体。
[0013]本专利技术提供一种CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验方法，包括：
[0014](1)制作若干尺寸、成分都相同的岩石试样；安装试样、荷载传感器、位移传感器，将液压油缸的油泵以及各传感器与控制器连接；
[0015](2)在线圈不通电的情况下开始加压，直至试件破坏，将荷载传感器采集的峰值压力N
f
输入到控制器；
[0016](3)重新放入新的试件进行加压，在应力
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应变曲线上升前期阶段，线圈不通电，磁流变弹性体的刚度较低，弹性较强；
[0017](4)当试件压力达到0.8N
f
时，控制器控制向线圈供电，产生磁感应强度为2T的磁场，磁流变弹性体刚度变大，CFRP
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磁流变弹性体夹心柱的刚度增大；
[0018](5)当试件到达极限承载力后，承载力开始下降，由于夹心柱的支撑作用，试样承担的压力减小，防止了试验机回弹的现象，此过程中，液压油缸一直进油加压；
[0019](6)应力
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应变曲线下降段曲线后期，试件承载力降低不多，当试样承载力下降到0.3N
f
时，调节电流大小，磁场的磁感应强度控制在0.8T～1.2T，降低磁流变弹性体的刚度，
提高应变速率；
[0020](7)控制器对各传感器采集的数据进行计算、处理，最后求得完整的应力<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置，其特征在于，包括：荷载框架、支撑机构、压力机构和数据采集处理机构；所述荷载框架分为上、下两层，上层用于放置试样，下层安装压力机构，所述压力机构从下方向试样施加轴向压力；数据采集处理机构包括：载荷传感器、位移传感器和控制器，载荷传感器安装在试样顶部以测量压力机构施加的轴向压力，位移传感器设在试样侧面以测量试样的应变，所述控制器根据轴向压力和应变绘制应力
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应变曲线；装置设有两个支撑机构，支撑机构设置在荷载框架的上层并对称设置在试样两侧，支撑机构包括CFRP柱芯、磁流变弹性体、线圈和铅筒，磁流变弹性体包裹在CFRP柱芯外部，磁流变弹性体外部绕设多层线圈，相邻两层线圈间设置铅筒，通过控制器控制线圈通电或断电。2.如权利要求1所述的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置，其特征在于，所述荷载框架包括：下横梁、加压板、上横梁、上立柱和下立柱；所述下横梁上设有两根下立柱，下立柱上设置上立柱，上立柱的顶端支撑固定在上横梁的底面；所述上立柱的直径小于下立柱的直径，所述加压板上设有两个通孔，两根上立柱穿过对应通孔，加压板的底面支撑在下立柱的顶端且可沿上立柱上、下移动；所述上横梁的底面和下横梁的顶面都设有垫片，试样顶部安装载荷传感器后再整体安装到两个垫片之间；所述上横梁的底面设有两个圆柱垫块，所述支撑机构设置在加压板和圆柱垫块之间；所述压力机构设置在下横梁上，压力机构通过加压板的传递实现对试样施加轴向压力。3.如权利要求2所述的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置，其特征在于，支撑机构为圆柱体结构，磁流变弹性体的外径小于最内层线圈的内径且留有0.5cm的空间，以便容纳磁流变弹性体竖向压缩导致的横向膨胀，在最外层线圈的外部包裹铍青铜合金外壳，减少磁场扩散。4.如权利要求3所述的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置，其特征在于，所述圆柱垫块的直径大于磁流变弹性体的外径且小于最内层线圈的内径，圆柱垫块的中心轴与磁流变弹性体中心轴在同一直线上；施加轴向压力之前，圆柱垫块与磁流变弹性体接触，在压缩试件过程中圆柱垫块能够插入到最内层线圈中压缩CFRP和磁流变弹性体构成的夹心柱。5.如权利要求1所述的CFRP
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磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置，其特征在于，所述压力机构为液压油缸，通过控制器控制液压油缸的进油和...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯世伟，侯金招，孟素云，郭超，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：