材料双轴压缩加载装置的制作方法

本实用新型属于双轴压缩力学性能检测技术领域，具体涉及材料双轴压缩加载装置。

背景技术：

双轴压缩力学性能是岩石、混凝土、复合材料、橡胶等材料本构模型和强度准则研究的重要基础，双轴压缩实验是获取材料双轴力学性能参数的重要实现手段，而完成这一实验最重要的前提和基础便是双轴压缩加载装置。在双轴压缩加载的设计中，加载轴的独立控制问题、轴与轴之间的运动干涉问题是影响双轴加载实验技术能否实现任意比例双轴加载、能否适用于大变形量双轴压缩的关键因素。对于第一个关键因素，实现的难度不大，各大试验机厂商也均有较为成熟的双轴试验机产品，而对于第二关键因素，目前无论是公开的装置产品还是技术资料均未提出根本性的解决方法和途径，所以如何同时解决这两个关键问题对双轴压缩加载装置的设计有着重要意义。

现有双轴压缩加载装置主要分为两类：一类是基于单轴加载试验机，仅能实现特定载荷或位移比例的双轴压缩加载夹具，这种夹具设计固然简单，但无法实现加载轴的独立控制，只能按特定的加载路径达到既定的双轴压缩载荷，且能实现的双轴加载比例范围有限，同时由于存在运动干涉问题，使其不适用于压缩变形量较大的材料；第二类是国内外材料试验机厂商已有的、技术成熟的双轴加载试验机，这类试验机可实现双轴的独立控制，可实现不同比例的双轴压缩加载，但同样存在变形量大时加载轴相互之间运动干涉的问题，在解决双轴压缩试验机的运动干涉问题时，一些通过改变试样设计构型的方法被提出，但仍旧不适用于大变形量的双轴压缩加载，且非标准构型的试样设计会引入应力状态不均匀的问题，造成无法通过双轴压缩实验直接获取材料参数。

为了解决以上问题我方研发出了一种材料双轴压缩加载装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种材料双轴压缩加载装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

材料双轴压缩加载装置，用于获取试样的双轴压缩力学性能参数，材料双轴压缩加载装置包括：

用于沿第一方向对试样进行压缩并测量压缩载荷的第一移动组件，第一移动组件包括两个荷载传感器、第一动力装置、第一固定平台和侧部直线导轨组件，侧部直线导轨组件沿第二方向可滑动安装在第一固定平台上；

用于沿第二方向对试样进行压缩并测量压缩载荷的第二移动组件，第二移动组件包括两个荷载传感器、第二动力装置、第二固定平台、第三固定平台；第二动力装置固定安装在第二固定平台上，第一动力装置用于将第二固定平台沿第一方向进行位移；第二动力装置用于将第三固定平台沿第二方向进行位移；

试样在第一方向上的两相对的侧面分别接触两个荷载传感器的检测端，两个荷载传感器再分别固定在侧部直线导轨组件和第二固定平台上；

试样在第二方向上的两相对的侧面分别接触两个荷载传感器的检测端，两个荷载传感器再分别固定在第三固定平台和第一固定平台上；

第三固定平台位于第二固定平台上部，第二固定平台位于第一固定平台上部；

第一方向和第二方向垂直。

具体地，第一固定平台包括底层安装板、第二支撑架、第三支撑架、第二支撑架、第三支撑架均固定安装在底层安装板上；第二固定平台包括二层安装板、第四支撑架，第四支撑架安装在二层安装板上；第三固定平台包括三层安装板。

进一步地，第一动力装置包括第一底层直线导轨组件、底层滚珠丝杠组件、第二底层直线导轨组件、第一伺服电机，第一底层直线导轨组件和第二底层直线导轨组件均安装在底层安装板上，且分别位于底层滚珠丝杠组件的两侧，底层滚珠丝杠组件与第一伺服电机的转轴传动连接，二层安装板的底部分别与第一底层直线导轨组件的上端、底层滚珠丝杠组件的移动套件的上端、第二底层直线导轨组件的上端固定连接；第二动力装置包括第二伺服电机、第一二层直线导轨组件、二层滚珠丝杠组件、第二二层直线导轨组件，第二伺服电机、第一二层直线导轨组件和第二二层直线导轨组件均安装在二层安装板上，第一二层直线导轨组件和第二二层直线导轨组件分别位于二层滚珠丝杠组件的两侧，二层滚珠丝杠组件与第二伺服电机的转轴传动连接；三层安装板的底部分别与第一二层直线导轨组件的上端、二层滚珠丝杠组件的移动套件的上端、第二二层直线导轨组件的上端固定连接。

进一步地，侧部直线导轨组件的固定端固定安装在第二支撑架上，侧部直线导轨组件的滑动端与加载轴二的一端固定连接，加载轴二的下端可转动设置有两个转轮，在三层安装板上设置有均沿第一方向设置的第一挡块和第二挡块，加载轴二的另一端置于第一挡块和第二挡块之间，且两个转轮分别与第一挡块和第二挡块相对的一侧壁接触滚动连接。

更进一步地，材料双轴压缩加载装置还包括加载轴一、加载轴一的压块、加载轴三、加载轴三的压块、加载轴四、加载轴四的压块、加载轴二的压块，加载轴一固定安装在三层安装板上，一荷载传感器安装在加载轴一和加载轴一的压块之间；加载轴三固定在第三支撑架上，一荷载传感器安装在加载轴三和加载轴三的压块之间；加载轴四安装在第四支撑架上，一荷载传感器安装在加载轴四和加载轴四的压块之间；试样置于加载轴一的压块、加载轴二的压块、加载轴三的压块、加载轴四的压块之间。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的材料双轴压缩加载装置：

1、采用的第一动力装置和第二动力装置的独特组成结构，使得在加载方向上既可进行单轴压缩加载也可进行不同比例的双轴压缩加载，在控制方式上既可实现位移控制加载也可进行力控制加载。

2、在结构上采用加载轴共面而对应安装板不共面的多层板-轴组合形式，在运动上采用主动与随动相结合的方式，除固定于底板上的不动轴外，上层安装板及对应加载轴始终在下层安装板及对应加载轴的主动运动方向上保持跟随运动，从而保证双轴压缩运动过程中不会出现加载轴之间的相互干涉问题。

附图说明

图1为本实用新型的底层安装结构示意图；

图2为本实用新型的二层安装结构示意图；

图3为本实用新型的三层安装结构示意图；

图4为本实用新型的总安装结构示意图。

图中：01-底层安装板；02-第一底层直线导轨组件；03-底层滚珠丝杠组件；04-第二底层直线导轨组件；05-第一伺服电机；06-第二支撑架；07-侧部直线导轨组件；08-第三支撑架；09-加载轴三；10-二层安装板；11-第二伺服电机；12-第一二层直线导轨组件；13-二层滚珠丝杠组件；14-第二二层直线导轨组件；15-第四支撑架；16-加载轴四；17-三层安装板；18-加载轴一；19-第一挡块；20-转轮；21-第二挡块；22-加载轴二；23-试样；24-加载轴一的载荷传感器；25-加载轴一的压块；26-加载轴二的载荷传感器；27-加载轴二的压块；28-加载轴三的载荷传感器；29-加载轴三的压块；30-加载轴四的载荷传感器；31-加载轴四的压块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，设第一方向为Y方向，设第二方向为X方向；材料双轴压缩加载装置，用于获取试样23的双轴压缩力学性能参数，材料双轴压缩加载装置包括：用于沿第一方向对试样23进行压缩并测量压缩载荷的第一移动组件，第一移动组件包括两个荷载传感器、第一动力装置、第一固定平台和侧部直线导轨组件07，侧部直线导轨组件07沿第二方向可滑动安装在第一固定平台上；用于沿第二方向对试样23进行压缩并测量压缩载荷的第二移动组件，第二移动组件包括两个荷载传感器、第二动力装置、第二固定平台、第三固定平台；第二动力装置固定安装在第二固定平台上，第一动力装置用于将第二固定平台沿第一方向进行位移；第二动力装置用于将第三固定平台沿第二方向进行位移；试样23在第一方向上的两相对的侧面分别接触两个荷载传感器的检测端，两个荷载传感器再分别固定在侧部直线导轨组件07和第二固定平台上；试样23在第二方向上的两相对的侧面分别接触两个荷载传感器的检测端，两个荷载传感器再分别固定在第三固定平台和第一固定平台上；第三固定平台位于第二固定平台上部，第二固定平台位于第一固定平台上部；第一方向和第二方向垂直。

第一固定平台包括底层安装板01、第二支撑架06、第三支撑架08、第二支撑架06、第三支撑架08均固定安装在底层安装板01上；第二固定平台包括二层安装板10、第四支撑架15，第四支撑架15安装在二层安装板10上；第三固定平台包括三层安装板17。

第一动力装置包括第一底层直线导轨组件02、底层滚珠丝杠组件03、第二底层直线导轨组件04、第一伺服电机05，第一底层直线导轨组件02和第二底层直线导轨组件04均安装在底层安装板01上，且分别位于底层滚珠丝杠组件03的两侧，底层滚珠丝杠组件03与第一伺服电机05的转轴传动连接，二层安装板10的底部分别与第一底层直线导轨组件02的上端、底层滚珠丝杠组件03的移动套件的上端、第二底层直线导轨组件04的上端固定连接；第二动力装置包括第二伺服电机11、第一二层直线导轨组件12、二层滚珠丝杠组件、第二二层直线导轨组件14，第二伺服电机11、第一二层直线导轨组件12和第二二层直线导轨组件14均安装在二层安装板10上，第一二层直线导轨组件12和第二二层直线导轨组件14分别位于二层滚珠丝杠组件的两侧，二层滚珠丝杠组件与第二伺服电机11的转轴传动连接；三层安装板17的底部分别与第一二层直线导轨组件12的上端、二层滚珠丝杠组件的移动套件的上端、第二二层直线导轨组件14的上端固定连接。

侧部直线导轨组件07的固定端固定安装在第二支撑架06上，侧部直线导轨组件07的滑动端与加载轴二22的一端固定连接，加载轴二22的下端可转动设置有两个转轮20，在三层安装板17上设置有均沿第一方向设置的第一挡块19和第二挡块21，加载轴二22的另一端置于第一挡块19和第二挡块21之间，且两个转轮20分别与第一挡块19和第二挡块21相对的一侧壁接触滚动连接。

材料双轴压缩加载装置还包括加载轴一18、加载轴一的压块25、加载轴三09、加载轴三的压块29、加载轴四16、加载轴四的压块31、加载轴二的压块27，加载轴一18固定安装在三层安装板17上，一荷载传感器安装在加载轴一18和加载轴一的压块25之间；加载轴三09固定在第三支撑架08上，一荷载传感器安装在加载轴三09和加载轴三的压块29之间；加载轴四16安装在第四支撑架15上，一荷载传感器安装在加载轴四16和加载轴四的压块31之间；试样23置于加载轴一的压块25、加载轴二的压块27、加载轴三的压块29、加载轴四的压块31之间。

运动过程概述：当第一伺服电机05转动时，运动通过底层滚珠丝杠组件03传递给二层安装板10，使二层安装板10及安装在其上的零部件产生Y方向的移动；该运动使加载轴四的压块31对试样23产生Y方向的压缩加载力，同时使加载轴二22及加载轴二的压块27产生Y方向的移动。

当第二伺服电机11转动时，运动通过二层滚珠丝杠组件传递给三层安装板17，使三层安装板17及安装在其之上的零部件产生X方向的移动；该运动使加载轴一的压块25对试样23产生X方向的压缩加载力，同时使加载轴三09及加载轴三的压块29产生X方向的移动，此时加载轴二22、加载轴二22的载荷传感器和加载轴二的压块27会在第二伺服电机11的作用下得到一个X方向的力的作用，加载轴二22、加载轴二22的载荷传感器和加载轴二22会发生略微的偏转，会使得侧部直线导轨组件07滑动端发生略微的滑动，但两个转轮20分别与第一挡块19和第二挡块21的接触滚动关系限定了加载轴二22不会脱离侧部直线导轨组件07；这样的结构设计避免了出现因加载轴二的压块27向加载轴一的压块25或者加载轴三的压块29偏转导致的运动干涉。

加载轴一18和加载轴三09加载的力是一对作用力与反作用力的关系，加载轴二22和加载轴四16同样如此，加载轴一18、加载轴二22、加载轴三09、加载轴四16的压缩载荷通过各自对应地的加载轴一的载荷传感器24、加载轴二的载荷传感器26、加载轴三的载荷传感器28和加载轴四的载荷传感器30进行测量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。