一种煤纳米压痕微观破坏模型

1.本实用新型涉及一种煤纳米压痕微观破坏模型，特别涉及一种适合在力学及煤微观破坏教学和科研活动中展示的煤纳米压痕微观破坏模型。


背景技术：

2.纳米压痕技术是目前使用最为广泛的材料微观尺度力学性能测试技术，在精度和分辨率方面具有传统的显微硬度测试不可比拟的优势，能够很好地表征材料的硬度、弹性模量和屈服强度。煤作为复杂多孔的有机岩石，孔隙和裂隙结构极为复杂，且矿物成分多种多样，进而造成其力学性质在宏观上具有显著的各向异性。研究煤的微观力学性质及破坏机理，对于补充和解释煤的力学性能具有重要意义。纳米压痕技术实现了纳米尺度的力学测试，结合分子模拟可以从分子尺度揭示煤体破坏机理。但并没有相关实体模型用于教学，以辅助该方法的教学过程。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种煤纳米压痕微观破坏模型。
4.一种煤纳米压痕微观破坏模型，它包括纳米压痕实验中煤样表面微观破坏的模拟结构，其特征在于：煤样表面微观破坏结构的实体模型，各破坏层用彩色纤维展示，连杆传动装置将模拟压头和模拟损伤界面连接。煤纳米压痕微观破坏模型固定在底座上，该目标煤微观破坏模型可以通过选择任何煤矿的煤样进行其微观破坏模型的制作。
5.本实用新型提供了煤纳米压痕微观破坏的演示模型，可以在教学和科研中直观、准确的反映纳米压痕实验中煤表面的微观破坏，尤其是煤表面损伤层的发展，有利于教学、科研活动的开展。
附图说明
6.图1为本实用新型的煤大分子结构平面图形
7.图2为本实用新型的分子动力学模拟的煤样基体图形
8.图3为本实用新型得到的煤纳米压痕微观破坏模型
9.图4为本实用新型得到的压头压下后的煤纳米压痕微观破坏模型
具体实施方式
10.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明，但本发明并不限于赵庄煤纳米压痕微观破坏模型的制作。
11.实施例1、赵庄煤纳米压痕微观破坏模型。
12.本实用新型提供一种煤纳米压痕微观破坏模型，它包括纳米压痕实验中煤样表面微观破坏的模拟结构，其特征在于：煤样表面微观破坏结构的实体模型，各破坏层用彩色纤维展示，连杆传动装置将模拟压头和模拟损伤界面连接。煤纳米压痕微观破坏模型固定在
底座上，该目标煤微观破坏模型可以通过选择任何煤矿的煤样进行其微观破坏模型的制作，可以在教学和科研中直观准确的反映纳米压痕实验中煤表面的微观破坏，尤其是煤表面损伤层的发展，有利于教学科研活动的开展。
13.首先进行赵庄煤纳米压痕实验，设定在静态加载模式下进行纳米压痕实验，得到压痕形貌与煤表面基本力学参数。
14.通过元素分析和工业分析实验、核磁共振实验、x射线光电子能谱实验、傅里叶变换红外光谱实验及分峰拟合得到煤大分子结构平面图，得到的赵庄煤大分子分子式为 c
183
h
130
o
20
n2，如图1所示。
15.使用赵庄煤大分子构建周期性基体模型，如图2所示。为得到符合真实情况的模拟条件，首先需要将模型进行优化和弛豫。弛豫完毕后对纳米压痕实验进行模拟，得到基体 z轴原子密度分布曲线，结合纳米压痕实验得到赵庄煤纳米压痕微观破坏模型。
16.根据纳米压痕微观破坏模型，将压头和煤样等按等比例放大，其中迷你压头为底面半径为14cm，高5cm的圆锥体，使用内边长宽高分别为34cm、34cm、25cm的无盖亚克力长方体盒作为模拟煤样。
17.选择铝合金制作模拟压头，其具有密度低、强度高、塑性好、抗蚀性强等特点，适用于本实用新型模拟压头的制作。
18.选择高弹性黄色半透明雪纺面料作为模拟损伤界面，黏附在无盖亚克力长方体盒顶。选择高弹性红色半透明雪纺面料作为模拟煤样表面，黏附在无盖亚克力长方体盒顶，位于模拟损伤界面之上。
19.模拟损伤界面与模拟压头之间通过连杆传动装置连接，连接时须在亚克力外壳底面开口，以实现在压头压入时对模拟损伤界面的拉伸。
20.为了便于观察及防止异物进入模型，将该模型固定在底座上，底座材料选择打磨光滑的木板，亚克力外壳与底座用支架固定，同时可留出一定的空间安装连杆传动装置，得到的最终模型如图3所示，模拟压头压下后的模型如图4所示。


技术特征：
1.一种煤纳米压痕微观破坏模型，它包括纳米压痕实验中煤样表面微观破坏的模拟结构，其特征在于：煤样表面微观破坏结构的实体模型，各破坏层用彩色纤维展示，连杆传动装置将模拟压头和模拟损伤界面连接，煤纳米压痕微观破坏模型固定在底座上。

技术总结
本实用新型专利公开了一种煤纳米压痕微观破坏模型，具体涉及纳米压痕实验中煤样表面微观破坏，以解决在纳米压痕实验中煤样表面微观破坏结构存在演示效果不佳的问题。一种煤纳米压痕微观破坏模型，包括底座、透明外壳、模拟压头，模拟煤样表面和损伤界面、传杆连动装置等。通过实验得到纳米压痕实验中煤表面微观破坏结构，测得其相对比例。等比例放大其各部分结构，将模拟损伤界面安装在透明亚克力外壳内，再用传杆连动装置将模拟损伤界面和模拟压头连接，以实现纳米压痕实验中煤样表面微观破坏的动态展现。为了便于观察，模拟煤样表面和损伤界面可用多种颜色进行区分破坏程度，最后该模型其固定在底座上。该模型有利于教学、科研活动的开展。研活动的开展。研活动的开展。


技术研发人员：孟筠青 曹子豪 牛家兴 王琛 张硕
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2019.11.26
技术公布日：2021/12/14