一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置的制作方法

本发明涉及岩石力学实验测试技术领域，涉及一种室内模型试件加载的轴向应变测试装置，特别是一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置。

背景技术：

深部采矿、水力资源开发、隧道开拓、核废料地下处置库和地下石油储库的建设、甚至大规模露天爆破设计等都是在岩体介质中进行的，这类工程的规模及造价直接取决于岩体的力学特性，作为岩体力学特性中最为基本的变形特性评价指标-应变，是每一个岩体工程进行评价时的必测实验项目。进行岩石试件变形指标测试离不开岩石力学试验机，岩石力学试验机包括加载系统和数据采集系统两部分，作为数据采集系统中的基本指标，压力数据采集是所有设备都具备的功能，这也是获得岩石强度评价指标-极限强度的依据，变形测试则是不少设备的选配项目，对于集成了变形测试程序的试验机，则不需要额外设置变形数据采集系统，但是有相当一部分的试验机控制系统中并没有集成这一功能，这时就需要额外设置引伸计，用于采集模型试件的变形数据。

国际岩石力学学会建议进行岩石变形指标测试时，试件的高径比应介于1.5～2.5之间，推荐试样尺寸为直径50mm、高100mm的圆柱模型。基于此，控制系统中没有集成模型试件变形数据采集功能的试验机，所配套的应变数据采集装置均是针对直径50mm、高100mm的标准试件定制的，当测试所用试件为非标准圆柱试件时(如：混凝土材料参数测试所用矩形试件)，就无法使用随试验机配送的应变数据采集装置，虽然试验机供应商能够提供指定外形尺寸非标准试件的应变数据采集装置，但是这种定制的装置，一方面使用范围非常有限，仅适用于指定尺寸和形状，另一方面价格昂贵。

耗资数十万、乃至上百万的试验机，如果仅能测试少量特殊的几种标准试件，而不能测试非标准试件的应变数据，将极大地限制试验机的使用范围和功能，设计一种能够普遍适用于非标准试件变形数据采集的装置，成为解锁这类试验机使用范围的关键。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置，解决现有技术中对于非标准试件轴向应变测试存在的无法获取变形数据的问题，通过本发明装置与非标准试件同步加载获得非标准试件的轴向应变数据，本发明普遍适用于具有不同外形的非标准试件的加载测试过程。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置，包括引伸计感应坡面、空心钢管、实心钢杆、基座和套接在所述实心钢杆上的引伸计，所述空心钢管一端焊接有圆形薄钢板，所述空心钢管另一端与所述引伸计感应坡面连接部连接；所述实心钢杆一端贯穿并套接在所述引伸计感应坡面内部，另一端与基座连接，所述引伸计设有限位螺栓。

优选的，所述圆形薄钢板上开有通孔；

优选的，所述通孔设置在所述圆形薄钢板半径的二分之一处，所述圆形薄钢板直径与所述空心钢管外径相等。

优选的，所述引伸计感应坡面连接部设置在所述引伸计感应坡面的平面端，所述引伸计感应坡面连接部为圆管；

优选的，所述圆管和所述空心钢管径向均预设有相同的螺栓孔，所述圆管和所述空心钢管通过螺栓连接；

优选的，所述空心钢管内径比引伸计感应坡面连接部圆管外径大0.2mm。

优选的，所述基座为圆形钢垫板，所述基座与所述实心钢杆通过螺栓连接；

优选的，所述基座、实心钢杆、引伸计感应坡面和空心钢管同轴连接，所述实心钢杆直径比所述引伸计感应坡面内径小5mm，所述基座直径比所述实心钢杆直径大50mm。

优选的，所述设有限位螺栓的引伸计，可自由调整在实心钢杆上的位置和高度。

本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：

1、本发明装置体积小，占用加载空间少，且固定放置位置灵活，组装简便；

2、本发明装置的使用不受加载试件外形的限制，可用于任意形状的试验模型，适用范围广。

3、本发明装置组成中的引伸计感应坡面和引伸计为标准试件应变测试配件，最大限度的发挥了现有配件的作用；

4、本发明装置组成中的固定套筒和基座加工简便，成本低廉；

5、本发明装置组装过程采用装配式方案，不改变原有配件的使用功能和结构外形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例轴向应变测试装置的整体示意图；

图2为本发明实施例轴向应变测试装置引伸计感应坡面的示意图；

图3为本发明实施例轴向应变测试装置引伸计的示意图；

图4为本发明实施例轴向应变测试装置基座与实心钢杆组合的示意图；

图5为本发明实施例轴向应变测试装置带圆形薄钢板的空心钢管的示意图；

其中，1-引伸计感应坡面、2-空心钢管、3-圆形薄钢板、4-引伸计、5-基座、6-实心钢杆、7-螺栓孔、8-限位螺栓、9-通孔、10-引伸计感应坡面连接部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置，解决现有技术中对于非标准试件轴向应变测试存在的无法获取变形数据的问题，通过本发明装置与非标准试件共同加载获得非标准试件的轴向应变数据，本发明普遍适用于具有不同外形的非标准试件的加载测试过程。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-5，本实施例对本发明一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置的结构特征做出详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种用于非标准试件加载时的轴向应变测试装置，包括引伸计感应坡面1、空心钢管2、实心钢杆6、基座5和套接在实心钢杆6上的引伸计4，空心钢管2一端焊接有圆形薄钢板3，空心钢管2另一端与引伸计感应坡面1的连接部10连接；实心钢杆6一端贯穿并套接在引伸计感应坡面1内部，另一端与基座5连接，引伸计4设有限位螺栓8。

如图5所示，圆形薄钢板上开有通孔9，通孔9设置在圆形薄钢板3半径的二分之一处，而且圆形薄钢板3直径与空心钢管2外径相等，所述通孔9用于装置上部的固定。

如图2所示，引伸计感应坡面1设有引伸计感应坡面连接部10，引伸计感应坡面连接部10设置在引伸计感应坡面1的平面端，具体的引伸计感应坡面连接部10为圆管；在引伸计感应坡面连接部10和空心钢管2径向均预设有相同的螺栓孔7，引伸计感应坡面连接部10和空心钢管2通过螺栓连接，螺栓孔7至少设置4个，而且是圆周分布；空心钢管2内径比引伸计感应坡面连接部10的外径大0.2mm。

如图4所示，实心钢杆6的另一端设有基座5，基座为圆形钢垫板；基座5与实心钢杆6可拆卸连接，在基座5中心位置通过螺栓连接实心钢杆6；

如图3所示，引伸计4套接在实心钢杆6上，引伸计4设有限位螺栓8，引伸计4能够在实心钢杆6上面上下滑动和固定，便于调节引伸计4与引伸计感应坡面1的距离。

基座5、实心钢杆6、引伸计感应坡面1和空心钢管2同轴连接，实心钢杆6直径比引伸计感应坡面1内径小5mm，基座5直径比实心钢杆6直径大50mm。

本实施例以外形尺寸具体为长×宽×高＝150mm×50mm×200mm的非标准试件为例，对本发明所述装置的具体安装和实施过程做出详细说明。

选择适用于50mm直径、100mm高度标准圆柱形试件的引伸计感应坡面1和引伸计4，依据引伸计感应坡面连接部10的外径尺寸，加工空心钢管2，空心钢管2的内径大于引伸计感应坡面连接部10外径0.2mm，空心钢管2壁厚4mm；加工一块圆形薄钢板3，圆形薄钢板3外径与空心钢管2外径相等，厚4mm，然后在圆形薄钢板1/2半径处钻一个通孔9，孔径10mm，将钻孔后的圆形薄钢板3焊接在空心钢管2一端；将引伸计感应坡面连接部10全部插入空心钢管2开口一端，依据引伸计感应坡面连接部10上预设螺栓孔7的位置，在空心钢管2上钻出等数量、等直径的预设螺栓孔7；加工直径50mm、高度100mm的实心钢杆6一根，并在一端中心轴向钻出一个6mm的螺栓孔；加工一块直径100mm的圆形钢垫板5，圆形钢垫板5厚度20mm，并在圆形钢垫板5中心轴向钻出一个6mm的通透螺孔，在螺孔一侧，以圆形钢垫板5的圆心轴为中心轴，加工直径50mm、厚2mm的圆形凹槽，在螺孔另一侧，以圆形钢垫板5的圆心轴为中心轴，加工直径12mm、厚8mm的圆形凹槽。

具体安装与实施步骤如下：

步骤1、引伸计感应坡面1和空心钢管2的组装：

将引伸计感应坡面连接部10全部插入空心钢管2的开口端，并旋转引伸计感应坡面1，使得引伸计感应坡面连接部10和空心钢管2上的预设螺栓孔7能够完全重合，并用螺栓将引伸计感应坡面1与空心钢管2固定，完成引伸计感应坡面1和空心钢管2的组装。

步骤2、基座5与实心钢杆6的组装：

将实心钢杆6上钻有6mm螺孔的一端置于基座5上厚2mm的圆形凹槽中，然后在圆形钢垫板另一侧8mm厚圆形凹槽中锚入直径6mm的内六角螺杆，将实心钢杆6与基座5固定在一起。

步骤3、引伸计4的安装：

将引伸计4套在实心钢杆6上，完成引伸计4的安装。

步骤4、轴向应变测试装置的组装：

选择一个在加载过程中能够始终保持固定不动的目标，通过这一固定不动的目标，经由圆形薄钢板3上的通孔9，将组装好的上部的空心钢管2与引伸计感应坡面1固定在试验机压盘正上方，然后将基座5固定放置于试验机压盘上，并保持实心钢杆6的轴心与引伸计感应坡面1的轴心在一条铅垂线上，完成轴向应变测试装置的组装。

步骤5、引伸计4在实心钢杆6上位置高度的调整：

保持引伸计4在实心钢杆6最底部，并旋松引伸计4上的限位螺栓8，使引伸计4能够在实心钢杆6上自由移动，然后调整试验机压盘高度，使得压盘上的非标准试件上端与试验机固定压头间距离小于5mm，接着调整引伸计4在实心钢杆6上的位置，使得引伸计4末端与引伸计感应坡面1刚刚接触，保持引伸计4高度不变，旋紧引伸计4上的限位螺栓8，将引伸计4固定在实心钢杆6上，完成引伸计4在实心钢杆6上位置高度的调整。

步骤6、试验机加载：

根据预设的加载控制方案完成加载试验，并通过轴向应变测试装置采集试验过程中的轴向变形数据。

步骤7、试验完成：

当需要对多块同高度的非标准模型试件进行轴向加载时，轴向应变测试装置可不拆除；当需要对多块不同高度的非标准模型试件进行轴向加载时，只需按照步骤5调整轴向应变测试装置上引伸计4在实心钢杆6上的高度；当试验全部完成后，需要拆除轴向应变测试装置，手动控制试验机压盘向下移动，直至能够顺利分离实心钢杆6与引伸计感应坡面1，然后将空心钢管2从试验机的固定平台上拆除，接着将引伸计4从实心钢杆6上拆除，同时将引伸计感应坡面1从空心钢管2上拆除，最后将引伸计4和引伸计感应坡面1放回远处，试验完成。

本发明轴向应变测试装置在试验机上做加载实验时，通过对非标准试件和轴向应变测试装置同时进行加载，根据试验机的压力数据与轴向应变测试装置中引伸计的变形数据，计算得出非标准试件的应变数据。不需要去额外购置用于非标准试件的应变测试装置，大大缩减了实验成本，通用性很高，适用于各种尺寸与外形的非标转试件的加载试验。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。