一种光弹试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种光弹试验装置，特别涉及平面光弹试验中面力模拟地应力的加载。

背景技术：

光测弹性学方法(photoelasticity)，简称光弹性法，是将光学和力学紧密结合进行应力分析的一种试验技术，采用具有双折射性能的透明材料制作出和被研究对象形状几何相似的模型，并使模型受力情况与被研究对象的荷载相似，将受力后的模型置于偏振光场之中，即可以显示所形成的与应力场有关的干涉条纹图像，形成的这些条纹图像与模型内部各点的应力及受力模型的边界有关，根据光弹性原理，便可以求出模型的内部和表面的各点应力方向、大小。

光弹性法从1816年布儒斯特(Devid Brewster)发现透明非晶体材料的人工双折射现象算起，至今已有200年的历史。随着经济的发展，光弹性法已经成为一门成熟的实验技术，广泛用于机械设计、水利工程建筑、桥梁工程、房屋建造等许多领域，在建立设计准则、提高工程可靠性，减轻重量、降低成本等方面也积累了许多经验。光弹性技术仍在不断发展，用它来研究工程结构的热应力、动态应力、弹塑性应力等问题，都已取得成效，光弹性法在土木工程领域的应用，为该领域提供了一种迅速、准确，经济、有效的应力分析方法，其主要特点是直观性强，可以得到全场信息。通过光弹试验，可以直接测定那些形状及受力复杂的构件的应力，不仅可以准确的分析平面问题，而且能够有效解决三维问题，同时也能迅速、准确地找到应力集中部位，确定构件的应力集中系数，为优化结构设计，提高结构性能提供试验依据。

随着煤矿开采深度、广度和强度的不断增加，深部高应力巷道围岩变形增大，支护成本成倍增加。深部巷道大变形的稳定及控制，已成为深部煤炭资源开发面临的难题之一。根据工程经验总结出的现代支护理念认为：巷道的稳定性控制应适当允许围岩变形，并充分提高和发挥围岩自身承载力，与支护结构共同形成互相协调、互相作用的支承系统；该支护理念已被广泛接受，并提出了一次支护(锚杆+喷层)-可缩层(泡沫塑料等可缩材料)-二次支护(钢筋混凝土结构层、锚索、注浆、U型钢、W钢带等)等支护结构形式，对于解决深部巷道围岩稳定性问题具有较明显的效果。对于这种复合支护体系中各结构单元或部分组合单元的作用，国内外做过大量的物理、数值和理论研究，但目前还没有对这种复合支护体系整体耦合作用进行研究。

提供一种能够利用带底拱巷道断面的平面光弹模型来研究巷道的平面应变问题，并设计光弹试验所需的三方向力加载装置，实现了对较大平面光弹模型外围进行均布力加载，达到模拟地应力的目的，已经是一个急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光弹试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种光弹试验装置，包括底座，底座上侧设置有反力框架，所述反力框架为矩形框架，包括框架下梁，与框架下梁平行设置的框架上梁，以及分别设置在框架下梁与框架上梁两端，且与框架下梁与框架上梁垂直固定连接的框架支柱，两个框架支柱之间设置有两个水平加荷板，所述水平加荷板与框架支柱平行，水平加荷板两端分别与框架上梁、框架下梁滑动连接，且与框架上梁垂直，两个水平加荷板之间设置有竖向加荷板，所述竖向加荷板能够沿水平加荷板上下移动，所述水平加荷板与水平加力机构的一端连接，水平加力机构另一端与框架支柱连接，所述竖向加荷板与竖向加力机构的一端连接，竖向加力机构的另一端与框架上梁连接；所述水平加荷板包括卡板，卡板中部设置有竖向卡槽，卡板前后两侧与支撑板固定连接，支撑板上下两端分别设有上插孔、下插孔，所述上插孔与下插孔之间设置有竖向轨道槽，支撑板外侧与承力板连接，承力板设置有水平加力机构位置对应的第一定位座；所述竖向加荷板上侧设置有与竖向加力机构位置对应的第二定位座，竖向加荷板下侧设置有上水平卡槽，竖向加荷板设置有贯穿前后面的水平轨道槽；所述水平加荷板通过设置在竖向导轨道槽上的滑动插栓与水平轨道槽滑动连接；所述竖向加力机构与水平加力机构均包括稳定压力装置，稳定压力装置一端与第一定位座固定连接，另一端与压力感应器连接，压力感应器外端与丝杠连接，丝杠穿过反力框架与固定在反力框架外侧的蜗轮丝杠千斤顶配合连接；所述的稳定压力装置包括弹簧，弹簧两端设置有弹簧盖板，滑杆穿过两端弹簧盖板，且与弹簧盖板滑动连接。

优选地，所述底座为一组水平设置立方体横杆，横杆与框架下梁垂直固定连接。

本实用新型的有益效果是：

1、框架下梁、竖向加荷板以及水平加荷板内部设置卡槽能够将光弹实验模型很好的卡接牢固，防止晃动。

2、该装置通过在框架上梁以及框架下梁上设置轨道槽，可以使水平加荷板之间的距离得以调整，能够适应不同宽度模型卡接。

3、本装置水平加荷板两端点之间的距离与上轨道槽和下轨道槽支架的距离相等，进而控制水平加荷板竖直。

4、框架上梁以及框架下梁设置导轨道槽控制水平加荷板水平移动方便光弹试验模型的装入和取出。

5、在水平加荷板与竖向加荷板上分别设置竖向，水平轨道槽，两轨道槽通过插栓滑动插接使两者可以上下左右滑动，适应性光弹模型大小的能力更强。

6、稳定压力装置可以增强压力的稳定性。

综上本实用新型操作方便，稳定性好，实用性强，灵活性强能很好的适应三方向加力加载。

附图说明

图1是本实用新型一种光弹试验装置的立体结构示意图；

图2是本实用新型一种光弹试验装置的左视上部剖面示意图；

图3是本实用新型一种光弹试验装置的左视下部剖面示意图；

图4是本实用新型一种光弹试验装置的竖向加荷板立体结构示意图；

图5是本实用新型一种光弹试验装置的反力框架正视示意图；

图6是本实用新型一种光弹试验装置的反力框架左视上部剖面示意图；

图7是本实用新型一种光弹试验装置的反力框架左视下部剖面示意图；

图8是本实用新型一种光弹试验装置的水平加荷板立体结构示意图；

图9是本实用新型一种光弹试验装置的水平加荷板剖面示意图；

图10是本实用新型一种光弹试验装置的稳定压力装置立体示意图。

图中：1-底座；2-蜗轮丝杠千斤顶；3-反力框架；4-水平加力机构；5-竖向加荷板；6-框架下梁；7-水平加荷板；8-框架支柱；9-转动手轮；10-丝杠；11-压力感应器；12-框架上梁；13-第一水平滑动插栓；14-上轨道槽；15-滑动插栓；16-竖向加力机构；17-第二水平滑动插栓；18-下轨道槽；19-竖向轨道槽；20-水平轨道槽；21-上插孔；22-滑杆；23-翼耳；24-稳定压力装置；25-弹簧；26-第一定位座；27-上水平卡槽；28-上滑动卡槽；29-下水平卡槽；30-下滑动卡槽；31-承力板；32-下插孔；33-弹簧盖板；34-支撑板；35-卡板；36-卡槽；37-第二定位座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图10所示，本实用新型提供一种光弹试验三方向加载装置，包括底座1，底座由两根与框架下梁6垂直的立方体杆组成，支杆底座1上侧设置有反力框架3，反力框架3为矩形框架，包括框架下梁6，与框架下梁6平行设置的框架上梁12，以及分别设置在框架下梁6与框架上梁12两端，且与框架下梁6与框架上梁12垂直固定连接的框架支柱8，两个框架支柱8之间设置有两个水平加荷板7，水平加荷板7与框架支柱8平行，水平加荷板7两端分别与框架上梁12、框架下梁6滑动连接，且与框架上梁12垂直，两个水平加荷板7之间设置有竖向加荷板5，竖向加荷板5能够沿水平加荷板7上下移动，水平加荷板7与水平加力机构4的一端连接，水平力机构另一端与框架支柱8连接，竖向加荷板5与竖向加力机构16的一端连接，竖向加力机构16的另一端与框架上梁12连接。

所述框架上梁12设置有上轨道槽14，上轨道槽14贯穿框架上梁12前后面，框架上梁12下侧设置有上滑动卡槽28，上滑动卡槽28为从框架上梁12下侧向内凹入的方形凹槽，上滑动卡槽28与支撑板34配合插接，保持支撑板34不前后晃动，两者接触位置涂抹润滑油减小摩擦，减小水平力消耗。

所述框架下梁6设置有下轨道槽18，下轨道槽18贯穿框架下梁6的前后面，框架下梁6上侧设置有下滑动卡槽30，下滑动卡槽30为从框架上梁6上侧向下凹入的方形卡槽，下滑动卡槽30与按照上滑动卡槽28的方法与支撑板34配合，框架下梁上侧还设有下水平卡槽29，用于卡接光弹试验模型。

所述水平加荷板7包括卡板35，卡板35中部设置有竖向卡槽36，用于卡接光弹试验模型，卡板35前后两侧与支撑板34固定连接，支撑板34上下两端分别设有上插孔21、下插孔32，两个插孔用于将支撑板34与上轨道槽、下轨道槽通过插栓插接，并能保持沿框架上梁方向水平移动，两插孔之间的距离与上下轨道槽之间的竖向距离相等。

所述水平加荷板7的支撑板34上下两端分别插入上滑动卡槽28、下滑动卡槽30，保证支撑板可以沿上滑动卡槽、下滑动卡槽的水平延伸方向移动，支撑板34通过第一水平滑动插栓13穿过上轨道槽14、上插孔21与框架上梁12滑动配合连接，通过第二水平滑动插栓17穿过下轨道槽18、下插孔32与框架下梁6滑动配合连接；保持两者之间即能相互滑动，又不上下错动，保持支撑板不偏斜，

所述支撑板的上插孔21与下插孔32之间设置有竖向轨道槽19，该竖向轨道槽19用于控制竖向加荷板5移动方向，支撑板34外侧与承力板31连接，承力板31设置有水平加力机构4位置对应的第一定位座26。

所述竖向加荷板5上侧设置有与竖向加力机构16对应的第二定位座37，定位板与弹簧盖板27固定连接，竖向加荷板5下侧设置有上水平卡槽27，上水平卡槽27由于卡接光弹试验模型上部，保持光弹试验模型稳定，竖向加荷板设置有贯穿前后面的水平轨道槽20。

所述水平加荷板7通过设置在竖向导轨道槽19上的滑动插栓15与竖向加荷板5的水平轨道槽20滑动连接，竖向加荷板5的插入卡板两侧的支撑板之间，所述卡板长度小于支撑板长度，竖向加荷板位于卡板上方，沿支撑板能够上下移动，适应不同大小的光弹模型，水平加荷板的竖向轨道槽的槽宽与竖向加荷板的的水平轨道槽20的槽宽一致，滑动插栓15互动配合插接在两槽中，将竖向加荷板与水平加荷板连接在一起。

所述竖向加力机构16与水平加力机构4均含有稳定压力装置24，稳定压力装置24一端与第二定位座37固定连接，另一端与压力感应器11连接，压力感应器11外端与丝杠10连接，丝杠10穿过反力框架3与固定在反力框架3外侧的蜗轮丝杠千斤顶2配合连接，蜗轮丝杠千斤顶2设置有转动手轮9用于加力。

所述的稳定压力装置24包括弹簧25，弹簧25两端设置有弹簧盖板33，弹簧盖板边缘侧设置有一组对应的翼耳23，一组滑杆22穿过两端翼耳23，且与弹簧盖板33滑动连接，滑杆22保持弹簧滑杆22方向伸缩，稳定压力装置可以在外力或光弹模型内部卸荷出现载荷波动时，通过释放弹性势能保持加载载荷的基本恒定。

使用时，将制作好的光弹模型安装在加载装置上后，即可开始对光弹模型加载。

加载方法：将光弹模型放置在底部支撑上后，通过转动手轮9调整各分荷加载板的位置，使光弹模型在加载装置上固定。根据计算出的加载载荷的大小，转动手轮9使丝杠10由蜗轮丝杠千斤顶2伸出，压紧光弹模型进行加载并根据压力传感器11输出的载荷数值控制载荷的大小。

由于试验所使用的光弹模型的几何尺寸较大，为环氧树脂板材，而且在实验的过程中光弹模型内部需模拟卸荷过程，载荷出现波动，需在加载的同时保持载荷的基本恒定。该装置通过布置在反力框架上不同方向的三个蜗轮丝杠千斤顶提供加载力，当正反向转动千斤顶手轮时，丝杠会相应的进退移动，由此产生加载力。丝杠末端连接有压力传感器，再通过稳定压力装置将载荷传递至加荷板，加荷板将荷载传递至光弹模型的边界，载荷的施加。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。