岩石试件的拉伸试验装置的制作方法

本实用新型属于岩石的基本物理性质研究技术领域，具体涉及岩石试件的拉伸试验装置。

背景技术：

岩石的物理性质指标不仅有其实用的物理意义，同时还有重要的力学意义。岩石材料结构中孔隙的存在降低了其强度，增加了它的变形性。一个小的孔隙会发生明显的力学效果。孔隙率变动范围很大的砂岩和碳酸盐岩，其力学性质也很悬殊。那些粘土含量高的松软岩石，在短期湿的或干的风化作用下，就容易膨胀松动或者崩解。

在试验中，为了有利地揭示岩石性质之间的内在联系及阐明物理和化学风化作用对改变岩石性质的规律性，采用同一试样测定多种物理力学指标是一种较好的工作方法。这样做不但能反映实际情况，还可以节省试样的数量。

抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一，在研究地下采掘空间顶底板岩层稳定性问题时，它具有更为重要的意义。岩石抗拉强度特性甚至对岩石微裂隙都十分敏感，因此在抗拉强度试验时，应特别注意岩石样品的结构和构造特征，尽量消除有可能给试验结果可靠性方面带来的影响。

抗拉强度是岩石最弱的强度特性，故张性断裂往往是岩石在破坏过程中最先发生的破断形式。反映岩石张性破断特性指标应包括抗拉强度及其张拉变形特性，但后者尚未引起人们的足够重视。

岩石试件的直接拉伸试验大体与金属试件相类似，但其困难在于试件两端要具有足够的夹持力且不得损伤试件表面；在加载过程中，要严格保持外载合力通过试件的轴线，否则会由弯曲产生异常的应力集中。拉伸试验的难度是显而易见的，突出的困难是试件的加工和试验中的夹持系统问题，况且成功率也不高。

如上所述，测定岩石抗拉强度的直接拉伸试验中，突出的困难是试件的加工和试验中的夹持系统问题。为此，研究了岩石抗拉强度的间接测定方法,如ISRM间接测定方法。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种岩石试件的拉伸试验装置，使得岩石试件的拉伸试验操作方便。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种岩石试件的拉伸试验装置，包括顶板、底板和四根立柱，顶板与底板平行设置，顶板位于底板上方，顶板上开设有四个圆孔，四个圆孔分别位于矩形的四个角上，每个圆孔内设有一个螺母，每个螺母具有外圆面并与对应的圆孔内壁形成转动副，每根立柱的外圆面上形成有外螺纹，一根立柱与一个螺母形成螺旋传动，每根立柱的下端固定于底座上，每个螺母的顶端均伸出圆孔，每个螺母的顶端均固定有链轮，驱动电机带动所有链轮同步转动，驱动电机固定于顶板上，应变式力传感器固定于顶板上，应变式力传感器位于顶板下方；

上压模和下压模共同夹持圆盘试件，上压模具有开口朝下的圆弧面，下压模具有开口朝上的圆弧面，下压模向上伸出有导柱，上压模对应开设有容纳导柱的导向孔；

应变式力传感器施加压力于上压模。

上述岩石试件的拉伸试验装置，下压模坐置于承托板上，承托板左侧部的下方前后间隔设置两个轮座，承托板右侧部的下方前后间隔设置两个轮座，每个轮座上均安装车轮，车轮通过销轴安装于轮座上，左侧的两个车轮坐置于前后方向延伸的左轨道上，右侧的两个车轮坐置于前后方向延伸的右轨道上，每个轮座与承托板之间设置碟簧，左轨道和右轨道均固定于底板上，左轨道和右轨道延伸至底板外，底座上还设置砧座，砧座位于承托板下方且与承托板均有间隙。

上述岩石试件的拉伸试验装置，轮座呈开口朝下的U形，车轮为单缘轮。

上述岩石试件的拉伸试验装置，下压模左右两侧均设置夹持条，夹持条通过螺栓紧固于承托板上，两夹持条夹紧下压模将下压模与承托板相对固定。

上述岩石试件的拉伸试验装置，左轨道包括位于下方的且前后方向延伸的工字钢和位于上方的且前后方向延伸的耐磨条；右轨道包括位于下方的且前后方向延伸的工字钢和位于上方的且前后方向延伸的耐磨条。

上述岩石试件的拉伸试验装置，碟簧轴向为上下方向，每套碟簧由若干个碟簧单体上下叠合而成。

上述岩石试件的拉伸试验装置，圆弧面和圆弧面的半径均为圆盘试件半径的1.5倍，上压模和下压模的厚度均为圆盘试件直径的1.1倍。

上述岩石试件的拉伸试验装置，应变式力传感器通过增大接触面积的盘形中间传力件施加压力于上压模。

上述岩石试件的拉伸试验装置，驱动电机的输出轴上装设链轮，该链轮与螺母顶端的链轮通过链条连接。

上述岩石试件的拉伸试验装置，左轨道和右轨道的长度能够满足承托板完全移出四根立柱所围成的试验工作区域。

上压模和下压模共同夹持圆盘试件，导柱和导向孔共同保证了上压模和下压模的对正，驱动电机带动所有链轮同步转动，实现了顶板的下移，进而，应变式力传感器对上压模施加向下的压力，压力作用于圆盘试件上，进行岩石试件的拉伸试验，本实用新型使得岩石试件的拉伸试验操作方便。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步详细的说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的局部结构示意图。

图3为链条布置示意图。

图中：1底板,2立柱,3螺母,4链轮,5顶板,6应变式力传感器,7圆盘试件,8下压模,9砧座,10导柱,11上压模,12盘形中间传力件,13车轮,14销轴,15轮座,16夹持条,17承托板,18碟簧,19耐磨条,20工字钢,21链轮,22链条。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种岩石试件的拉伸试验装置，包括顶板5、底板1和四根立柱2，顶板与底板平行设置，顶板位于底板上方，顶板上开设有四个圆孔，四个圆孔分别位于矩形的四个角上，每个圆孔内设有一个螺母3，每个螺母具有外圆面并与对应的圆孔内壁形成转动副，螺母与圆孔形成转动连接。

每根立柱的外圆面上形成有外螺纹，一根立柱与一个螺母对应形成螺旋传动，当螺母旋转时，螺母沿立柱升降，从而实现了顶板的升降。

每根立柱的下端固定于底座上，每个螺母的顶端均伸出圆孔，每个螺母的顶端均固定有链轮4，通过链传动实现螺母的旋转。

驱动电机带动所有链轮同步转动，也就是说，四个链轮同时同速旋转。驱动电机固定于顶板上，应变式力传感器6固定于顶板上，应变式力传感器位于顶板下方。当然也可以选用其他的力传感器，例如膜片式力传感器。

上压模11和下压模8共同夹持圆盘试件7，圆盘试件直径为50mm, 圆盘试件厚度为25mm。上压模具有开口朝下的圆弧面，下压模具有开口朝上的圆弧面，下压模向上伸出有导柱10，上压模对应开设有容纳导柱的导向孔。导柱和导向孔配合为压模11和下压模8相对靠近和相对远离实现导向，保证上压模11和下压模8对正。

应变式力传感器施加压力于上压模，应变式力传感器可以直接接触施加压力于上压模，也可以通过增大接触面积的盘形中间传力件12间接施加压力于上压模。

下压模坐置于承托板17上，承托板左侧部的下方前后间隔设置两个轮座15，承托板右侧部的下方前后间隔设置两个轮座，每个轮座上均安装车轮13，车轮通过销轴14安装于轮座上，左侧的两个车轮坐置于前后方向延伸的左轨道上，右侧的两个车轮坐置于前后方向延伸的右轨道上，每个轮座与承托板之间设置碟簧18，左轨道和右轨道均固定于底板上，左轨道和右轨道延伸至底板外，承托板能够移出四根立柱围城的试验工作区域，便于对圆盘试件的装卸、定位和固定。底座上还设置砧座9，砧座位于承托板下方且与承托板均有间隙。承托板通过四个车轮支撑于两条轨道上，形成类似轨道车辆的结构。当承托板上放置上压模、下压模和圆盘试件时，承托板与砧座具有间隙，以保证小车能够将圆盘试件移至试验工作区域。当应变式力传感器施加压力于上压模时，碟簧被压缩，承托板与砧座接触，即可进行拉伸试验。

具体地，轮座呈开口朝下的U形，车轮为单缘轮。

具体地，下压模左右两侧均设置夹持条16，夹持条通过螺栓紧固于承托板上，两夹持条夹紧下压模将下压模与承托板相对固定。

具体地，左轨道包括位于下方的且前后方向延伸的工字钢和位于上方的且前后方向延伸的耐磨条；右轨道包括位于下方的且前后方向延伸的工字钢20和位于上方的且前后方向延伸的耐磨条19。

具体地，碟簧轴向为上下方向，每套碟簧由若干个碟簧单体上下叠合而成。

优选地，圆弧面和圆弧面的半径均为圆盘试件半径的1.5倍，上压模和下压模的厚度均为圆盘试件直径的1.1倍。

具体地，应变式力传感器通过增大接触面积的盘形中间传力件施加压力于上压模。

具体地，驱动电机的输出轴上装设链轮21，优选地为上下两个链轮或者双链轮，该链轮与螺母顶端的链轮通过链条22连接。驱动电机的输出轴上装设链轮21，优选地为上下两个链轮或者双链轮，其中一个链轮通过一根链条与两个螺母顶端的链轮形成链传动，另一个链轮通过一根链条与另外两个螺母顶端的链轮形成链传动。

左轨道和右轨道的长度能够满足承托板完全移出四根立柱所围成的试验工作区域，便于对圆盘试件的装卸、定位和固定。

上压模和下压模共同夹持圆盘试件，导柱和导向孔共同保证了上压模和下压模的对正，驱动电机带动所有链轮同步转动，实现了顶板的下移，进而，应变式力传感器对上压模施加向下的压力，压力作用于圆盘试件上，进行岩石试件的拉伸试验，本实用新型使得岩石试件的拉伸试验操作方便。