一种三点弯曲试验装置及方法与流程

本发明涉及岩土工程技术领域，更具体地，涉及一种三点弯曲试验装置及方法。

背景技术：

岩石断裂韧度是岩石破碎过程的重要指标，在模拟岩石破碎过程、稳定性分析及解释某些地质特征的材料在研究含裂纹物体的强度和裂纹扩展规律中有重要地位，随着国家经济不断发展，岩土工程的规模不断增大，对节理岩体的稳定和变形的要求越来越高，研究岩石的断裂韧性和抗折强度，表征岩石材料阻止裂纹扩展的能力，指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。

对于不同尺寸的岩石试验件，需要使用不同规模的三点弯曲试验装置对其进行断裂韧性和抗折强度的测试，因此，在实验室或者工业现场，若要对多种不同尺寸的岩石试验件进行弯曲试验，则需要购买多台不同的三点弯曲试验装置，以使得试验人员更好地对不同尺寸的岩石试验件进行断裂韧性和抗折强度的测试。这样会使得增加对岩石试验件进行弯曲试验的成本，增加开销；且需要人工确定对各种不同装置的采购，增加工作量。

技术实现要素：

本发明提供一种克服现有技术中存在的对于不同尺寸的岩石试验件进行断裂韧性和抗折强度的测试时，需要使用不同的试验设备的问题的三点弯曲试验装置及方法。

根据本发明的一个方面，提供一种三点弯曲试验装置，所述装置包括：底板、第一支撑板、第二支撑板、顶板、螺杆和加载头；

所述底板的上表面平行开设有第一凹槽和第二凹槽；

所述第一支撑板和所述第二支撑板，均通过所述第一凹槽和所述第二凹槽，活动式地设置于所述底板的上表面，所述第一支撑板的中心线和所述第二支撑板的中心线均垂直于所述第一凹槽；所述第一支撑板和所述第二支撑板均可拆卸；

所述顶板平行设置于所述底板上方，所述顶板开设有导向孔，所述导向孔的轴线与所述底板垂直；

所述螺杆活动式地设置于所述导向孔中；

所述加载头的上端面与所述螺杆的下端面连接，所述加载头的中心线与所述螺杆的中心线重合，所述加载头用于对试验件进行挤压。

优选地，所述第一支撑板的上表面设置有第一滚轴定位槽，所述第一滚轴定位槽里设置有第一滚轴；所述第二支撑板的上表面设置有第二滚轴定位槽，所述第二滚轴定位槽里设置有第二滚轴。

优选地，所述装置还包括：垫片，所述垫片位于所述螺杆和所述加载头之间，所述加载头的上端面通过所述垫片与所述螺杆的下端面连接。

优选地，所述第一支撑板通过第一螺母与所述第一凹槽连接，通过第二螺母与所述第二凹槽连接；所述第二支撑板通过第三螺母与所述第一凹槽连接，通过第四螺母与所述第二凹槽连接。

优选地，所述第一滚轴通过第五螺母固定于所述第一滚轴定位槽内，所述第二滚轴通过第六螺母固定于所述第二滚轴定位槽内。

优选地，所述装置还包括：背部支撑板，所述背部支撑板的上部与所述顶板连接，所述背部支撑板的下部与所述底板连接。

优选地，所述螺杆的上端面用于连接试验机。

优选地，所述试验机通过伺服加载方式对所述螺杆加压。

优选地，所述试验件承受的压力为所述试验机的加载值与所述螺杆的重量之和。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于上述三点弯曲试验装置的三点弯曲试验方法，所述方法包括：

根据试验件的长度，调整第一支撑板和第二支撑板在底板上表面的位置，以使得加载头的中心线垂直于所述第一支撑板的中点和所述第二支撑板的中点之间的连线，且所述加载头到所述第一支撑板的距离和所述加载头到所述第二支撑板的距离相等；

确定所述第一支撑板和所述第二支撑板在所述底板上表面的位置后，将所述第一支撑板和所述第二支撑板固定在所述底板上表面；

将试验件放置于所述第一支撑板上和所述第二支撑板上；

在竖直方向上，通过伺服加载方式，实现对所述试验件的三点弯曲试验。

本发明提供的一种三点弯曲试验装置及方法，通过在底板上设置可拆卸式的两个支撑板，使得只用一台装置，就能对多种不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验；并且，对于选定后每一对支撑板，其都可以通过底板上的两个凹槽，调整一对支撑板间距离，进而使得只用一台装置，就能实现对多种不同长度的试验件进行三点弯曲试验；并且，通过设置导向孔，使得螺杆可在导向孔中上下移动，进而使得加载头能后随着螺杆上下移动，以满足对不同高度的试验件进行三点弯曲试验。所述装置，结构简单，使用方便，既能满足对不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验，又能节省试验成本，节约开销。所述方法，步骤简单，能够进行不同尺寸试验件的三点弯曲试验，对于求取试验件所承载的压力，计算简便。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验方法的流程图；

图3为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构的正视图；

图4为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构的左视图；

其中，

1-底板；2-第一支撑板；3-第二支撑板；

4-顶板；5-螺杆；6-加载头；

7-垫片；8-背部支撑板；9-第一螺母；

9'-第三螺母；10-第二螺母；10'-第四螺母；

101-第一凹槽；102-第二凹槽；201-第一滚轴；

301-第二滚轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：底板1、第一支撑板2、第二支撑板3、顶板4、螺杆5和加载头6；

所述底板1的上表面平行开设有第一凹槽101和第二凹槽102；

所述第一支撑板2和所述第二支撑板3，均通过所述第一凹槽101和所述第二凹槽102，活动式地设置于所述底板1的上表面，所述第一支撑板2的中心线和所述第二支撑板3的中心线均垂直于所述第一凹槽101；所述第一支撑板2和所述第二支撑板3均可拆卸；

所述顶板4平行设置于所述底板1上方，所述顶板4开设有导向孔，所述导向孔的轴线与所述底板1垂直；

所述螺杆5活动式地设置于所述导向孔中；

所述加载头6的上端面与所述螺杆5的下端面连接，所述加载头6的中心线与所述螺杆5的中心线重合，所述加载头6用于对试验件进行挤压。

具体地，本实施例中的一种三点弯曲试验装置，用于对多种不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验。其中，三点弯曲试验是检验试验件弯曲力学性能的实验方法，三点弯曲试验的具体方法为：

将试验件放在具有一定距离的两个支撑点上，在两个支撑点中点处，对试验件施加向下的载荷，试验件的三个接触点形成相等的两个力矩时，试验件会发生三点弯曲。

具体地，本实施例中的一种三点弯曲试验装置，包括底板1。底板1的上表面开设有两道凹槽，为了以示区分，分别将两道凹槽称为第一凹槽101和第二凹槽102。其中，第一凹槽101和第二凹槽102平行设置。

需要说明的是，第一凹槽101和第二凹槽102的长度均与底座1的长度相等。

具体地，本实施例中的一种三点弯曲试验装置，包括第一支撑板2和第二支撑板3。其中，第一支撑板2和第二支撑板3，均通过第一凹槽101和第二凹槽102，活动式地设置于底板1的上表面，并且，第一支撑板2的中心线和第二支撑板3的中心线均垂直于第一凹槽101。由于第一凹槽101与第二凹槽102平行，因此，第一支撑板2的中心线和第二支撑板3的中心线也均垂直于第二凹槽102。

需要说明的是，第一支撑板2和第二支撑板3，均通过第一凹槽101和第二凹槽102，活动式地设置于底板1的上表面是指：

第一支撑板2可以通过第一凹槽101和第二凹槽102，沿着第一凹槽101的槽道和第二凹槽102的槽道，来回移动。第二支撑板3也可以通过第一凹槽101和第二凹槽102，沿着第一凹槽101的槽道和第二凹槽102的槽道，来回移动。

并且，第一支撑板2的中心线和第二支撑板3的中心线均垂直于第一凹槽101，由于第一凹槽101与第二凹槽102平行，因此，第一支撑板2的中心线和第二支撑板3的中心线也均垂直于第二凹槽102。

因此，由上述描述可知，两个凹槽和两个支撑板围成了一个“井”字形结构。在第一支撑板2和第二支撑板3进行来回移动时，第一支撑板2的中心线和第二支撑板3的中心线，始终均与第一凹槽101垂直，也始终均与第二凹槽102垂直。

需要说明的是，第一支撑板2和第二支撑板3可以拆卸。将第一支撑板2和第二支撑板3设置为可拆卸式是因为：

对不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验时，需要调整支撑板与试验件的接触面积。因此，对于不同尺寸的试验件，需要更换不同尺寸的支撑板，以使得支撑板与试验件的接触面积随着试验件尺寸的不同而不同。

具体地，本实施例中的一种三点弯曲试验装置，包括顶板4。顶板4平行设置于底板1上方，顶板4开设有导向孔，导向孔的轴线与底板1垂直。其中，设置导向孔是为了固定螺杆5的方向，使得螺杆5仅在竖直方向上移动。

需要说明的是，螺杆5活动式地设置于导向孔中。其中，活动式是指：螺杆5仅能在竖直方向上移动。

具体地，本实施例中的一种三点弯曲试验装置，包括加载头6，加载头6用于对试验件进行挤压。加载头6的中心线与螺杆5的中心线重合。其中，将加载头6的中心线与螺杆5的中心线设置为重合，是因为：只有当加载头6的中心线与螺杆5的中心线设置为重合时，试验件才能更好地受力，并且，这样做也更方便于后续对试验件的受力情况进行分析。

本实施例提供的一种三点弯曲试验装置，通过在底板上设置可拆卸式的两个支撑板，使得只用一台装置，就能对多种不同尺寸的试验件进行三点弯曲测试；并且，对于选定后每一对支撑板，其都可以通过底板上的两个凹槽，调整一对支撑板间距离，进而使得只用一台装置，就能实现对多种不同长度的试验件进行三点弯曲测试；并且，通过设置导向孔，使得螺杆可在导向孔中上下移动，进而使得加载头能后随着螺杆上下移动，以满足对不同高度的试验件进行三点弯曲试验。所述装置，结构简单，使用方便，既能满足对不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验，又能节省试验成本，节约开销。

基于上述实施例，本实施例对上述实施例中的第一支撑板2和第二支撑板3进行进一步说明。所述第一支撑板2的上表面设置有第一滚轴定位槽，所述第一滚轴定位槽里设置有第一滚轴201；所述第二支撑板3的上表面设置有第二滚轴定位槽，所述第二滚轴定位槽里设置有第二滚轴301。

具体地，为了减少试验件与两个支撑板之间的摩擦，在第一支撑板2的上表面开设第一滚轴定位槽，并在第一滚轴定位槽里设置第一滚轴201；在第二支撑板3上，开设第二滚轴定位槽，并在第二滚轴定位槽里设置第二滚轴301。并将试验件放置于第一滚轴201和第二滚轴301上。

需要说明的是，由于对不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验时，需要调整支撑板与试验件的接触面积。因此，对于不同尺寸的试验件，需要更换不同尺寸的支撑板，以使得支撑板与试验件的接触面积随着试验件尺寸的不同而不同。在这里，支撑板与试验件的接触面积具体是指支撑板上的滚轴与试验件的接触面积。因此，不同尺寸的支撑板具有不同直径的滚轴。

本实施例通过在第一支撑板上设置第一滚轴，在第二支撑板上设置第二滚轴，并将试验件放置于第一滚轴和第二滚轴上，使得试验件与支撑板之间的摩擦大大降低。

基于上述实施例，本实施例中的一种三点弯曲试验装置还包括：垫片7，所述垫片7位于所述螺杆5和所述加载头6之间，所述加载头6的上端面通过所述垫片7与所述螺杆5的下端面连接。

具体地，垫片设置在加载头6的上端面和螺杆5的下端面之间。

设置垫片7的目的是，连接加载头6和螺杆5，使得当外部试验机给螺杆施加压力时，螺杆给加载头传力时更加均匀，进而使得试验件的受力更加均匀。

其中，垫片7的上表面与螺杆5的下端面焊接，垫片7的下表面与加载头6的上端面焊接。

基于上述实施例，本实施例中：所述第一支撑板2通过第一螺母与所述第一凹槽101连接，通过第二螺母与所述第二凹槽102连接；所述第二支撑板3通过第三螺母与所述第一凹槽101连接，通过第四螺母与所述第二凹槽102连接。

基于上述实施例，本实施例中：所述第一滚轴201通过第五螺母固定于所述第一滚轴定位槽内，所述第二滚轴301通过第六螺母固定于所述第二滚轴定位槽内。

基于上述实施例，本实施例中的一种三点弯曲试验装置还包括：背部支撑板8，所述背部支撑板8的上部与所述顶板4连接，所述背部支撑板8的下部与所述底板1连接。

具体地，背部支撑板8用于连接顶板4和底板1，其中，背部支撑板8的上部与顶板4的侧面焊接，背部支撑板8的下部与底板1的侧面焊接。

本实施例提供的一种三点弯曲试验装置，通过背部支撑板8连接顶板4和底板1，使得背部支撑板8、顶板4和底板1组成一个整体框架，有利于所述装置的稳定性。

基于上述实施例，本实施例对上述实施例中的螺杆5进行进一步说明，所述螺杆5的上端面用于连接试验机。

具体地，螺杆5的上端面用于连接试验机。其中，试验机是指，在一种产品或材料在投入使用前，对其质量或性能按设计要求进行验证的仪器。在本实施例中，试验机是用于对岩石试验件进行加压的仪器。并且，本实施例中的试验机具有多种加载方式和多种加载路径。

螺杆5的上端面与试验机连接是指，试验机通过螺杆5的上端面，给螺杆5施加压力。

基于上述实施例，本实施例中的试验机通过伺服加载方式对所述螺杆5进行加压。

具体地，“伺服”为：使物体的位置、方位和状态等输出，能够跟随输入量的变化而变化。本实施例中的伺服加载方式具体为：可以任意改变试验机的加载速率和加载峰值。

本实施例通过使用伺服加载方式，对试验件进行三点弯曲试验，使得研究人员可以研究不同的加载速率和加载峰值大小对试样件断裂韧度大小的影响。

基于上述实施例，本实施例中的试验件承受的压力为所述试验机的加载值与所述螺杆5的重量之和。

本实施例提供的一种三点弯曲试验装置，通过试验机的加载值和螺杆5的重量，就能实现试验件承受的压力值的获取，获取方法简单、便捷。

基于上述实施例，本实施例结合附图，提供一种基于上述的三点弯曲试验装置的三点弯曲试验方法，图2为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验方法的流程图，如图2所示，所述方法包括：

根据试验件的长度，调整第一支撑板2和第二支撑板3在底板1上表面的位置，以使得加载头6的中心线垂直于所述第一支撑板2的中点和所述第二支撑板3的中点之间的连线，且所述加载头6到所述第一支撑板2的距离和所述加载头6到所述第二支撑板3的距离相等；

确定所述第一支撑板2和所述第二支撑板3在所述底板1上表面的位置后，将所述第一支撑板2和所述第二支撑板3固定在所述底板1上表面；

将试验件放置于所述第一支撑板2上和所述第二支撑板3上；

在竖直方向上，通过伺服加载方式，实现对所述试验件的三点弯曲试验。

本实施例提供的一种三点弯曲试验方法，通过三点弯曲试验装置，对不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验，使得试验过程简单、便于操作。

作为一个优选实施例，本实施例结合附图，并通过具体的举例来对所述三点弯曲试验装置的构造和利用所述三点弯曲试验装置进行三点弯曲试验的方法进行具体说明。

图1为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构示意图；图3为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构的正视图；图4为根据本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置的结构的左视图。如图1、图3和图4所示，所述三点弯曲试验装置包括：

底板1、顶板4、背部支撑板8、第一支撑板2、第二支撑板3、螺杆5、加载头6、垫片7、第一滚轴201和第二滚轴301。

其中，底板1、顶板4和背部支撑板8组成加载支撑框架。底板1和顶板4平行设置，且底板1和顶板4中间相距一定距离，该距离通过实际需求设定，本实施例对该距离不作限定。背部支撑板8的上部与顶板4的侧面焊接，背部支撑板8的下部与底板1的侧面焊接。

底板1的上表面平行开设有第一凹槽101和第二凹槽102，开设第一凹槽101和第二凹槽102的目的是使得第一支撑板2和第二支撑板3沿a-a’方向移动，进而可以随意调整第一支撑板2和第二支撑板3之间的距离，从而使得该装置能对不同长度的试验件进行测试。

第一支撑板2和第二支撑板3能沿a-a'方向移动，是因为：

在第一支撑板2下表面与第一凹槽101接触的部位存在一个第一凸台，在第一支撑板2下表面与第二凹槽102接触的部位存在一个第二凸台。第一凸台位于第一凹槽101中，第二凸台位于第二凹槽102中。将第一支撑板2左右拨动，则第一凸台和第二凸台以相等的速度向左或向右移动。并且，第一支撑板2不管如何移动，其中心线始终与第一凹槽101垂直。

同理，此处不对第二支撑板3沿a-a'方向移动的原因进行赘述。

在对试验件进行三点弯曲试验时，需对第一支撑杆2和第二支撑杆3进行固定。具体地，第一支撑板2通过第一螺母9与第一凹槽101固定，通过第二螺母10与第二凹槽102固定；第二支撑板3通过第三螺母9'与第一凹槽101固定，通过第四螺母10'与第二凹槽102固定。

需要说明的是，第一支撑板2和第二支撑板3可拆卸，即，将第一螺母9、第二螺母10、第三螺母9'和第四螺母10'均取下后，第一支撑板2和第二支撑板3可以从底板1上拆卸下来。

将第一支撑板2和第二支撑板3设置为可拆卸式是因为：

对于不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验时，需要调整支撑板与试验件的接触面积。因此，对于不同尺寸的试验件，需要更换不同尺寸的支撑板，以使得支撑板与试验件的接触面积随着试验件尺寸的不同而不同。

第一支撑板2的上表面设置有第一滚轴定位槽，第一滚轴定位槽里设置有第一滚轴201；第二支撑板3的上表面设置有第二滚轴定位槽，第二滚轴定位槽里设置有第二滚轴301。将试验件放置于第一滚轴201和第二滚轴301上，使得试验件与支撑板之间的摩擦大大降低。

顶板4在竖直方向上开设有导向孔，导向孔的轴线与底板1垂直。并且，导向孔中设置有螺杆5，螺杆5可在导向孔中上下移动。螺杆5的底面与垫片7的上表面相连，垫片7的下表面与加载头6的顶面相连。螺杆5在导向孔中上下移动会使得加载头6随之上下移动，从而使得所述装置能对不同高度的试验件进行三点弯曲试验。

螺杆5的上端面用于连接试验机，试验机通过伺服加载方式对螺杆5进行加压，试验件承受的压力为试验机的加载值与螺杆5的重量之和。

通过上述三点弯曲试验装置对岩石试验件进行三点弯曲试验的方法为：

s1，根据试验件的尺寸，选取合适的第一支撑板2和第二支撑板3，将第一支撑板2卡入第一凹槽101和第二凹槽102中，并将第二支撑板3也卡入第一凹槽101和第二凹槽102中。

s2，根据试验件的长度，调整第一支撑板2和第二支撑板3在底板1上表面的位置，以使得加载头6的中心线垂直于第一支撑板2的中点和第二支撑板3的中点之间的连线，且加载头6到第一支撑板2的距离和加载头6到第二支撑板3的距离相等；

s3，确定第一支撑板2和第二支撑板3在底板1上表面的位置后，通过旋紧第一螺母9、第二螺母10、第三螺母9'和第四螺母10'，将第一支撑板2和第二支撑板3固定在所述底板上表面；

s4，将试验件放置于第一支撑板2上和第二支撑板3上，具体地，试验件放置于第一支撑板2的第一滚轴201上和第二支撑板3的第二滚轴301上；

s5，在竖直方向上，通过伺服加载方式，实现对试验件的三点弯曲试验，其中，试验件承受的压力为试验机的加载值与螺杆6的重量之和。

本发明实施例提供的一种三点弯曲试验装置及方法，通过在底板上设置可拆卸式的两个支撑板，使得只用一台装置，就能对多种不同尺寸的试验件进行三点弯曲测试；并且，对于选定后每一对支撑板，其都可以通过底板上的两个凹槽，调整一对支撑板间距离，进而使得只用一台装置，就能实现对多种不同长度的试验件进行三点弯曲测试；并且，通过设置导向孔，使得螺杆可在导向孔中上下移动，进而使得加载头能后随着螺杆上下移动，以满足对不同高度的试验件进行三点弯曲试验。所述装置，结构简单，使用方便，既能满足对不同尺寸的试验件进行三点弯曲试验，又能节省试验成本，节约开销。所述方法，步骤简单，能够进行不同尺寸试验件的三点弯曲试验，对于求取试验件所承载的压力，计算简便。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。