一种蠕变试验机的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于蠕变试验机领域。
【背景技术】
[0002]在机械工程领域，蠕变是固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。固体材料在长期承受低于材料的屈服应力的情况下，可能会发生蠕变，这种现象能在任何温度下发生，但是在固体材料长时间受高温及温度接近其熔点时更加严重。
[0003]通过对材料施加压力，初始应变出现，可以得到应力应变模量。材料会开始随着时间的推移而变形，甚至因为屈服而失效。在初级阶段蠕变率降低的非常快，之后会达到稳态蠕变阶段，蠕变率快速增加并发生断裂。在第二阶段，应力基本维持恒定。上述发生于随时间负载的现象被称为蠕变。第三阶段被称为三重蠕变阶段，蠕变增加更加迅速，并持续到材料完全断裂。
[0004]蠕变测试机是一种用于测试岩石长期机械性能的机器，使用过程中通常都会出现多阶段的应力。在不同阶段的应力都需要严格保持恒定，以确保测试的可信度，测试一般都会持续数月之久。
[0005]在测试时，圆柱状岩石待测样品常常会因为限制不足(缺乏横向支撑)而失效，因此，轴向应力的最大值被认为是待测样品的完全强度。测试过程中轴向和径向应变都可以被控制，以测量待测样品的弹性常数(包括泊松系数和杨氏模量)。
[0006]通常情况下单轴蠕变测试会被分为两种类型，即拉伸试验和挤压试验。这两者的相似点在于都是沿轴向施力，不同点在于拉伸机是作用拉力，而挤压机是造成压缩形变，这两者都适用于金属和易伸展材料。
[0007]现有的两轴蠕变测试机可以从四个方向提供轴向力。一般来说，测试使用立方待测样品。
[0008]在三轴抗压试验中，一个柱状岩心的样本在一个固定的压力下受载直至失效。因而，轴向应力的极值被认为是限制性抗压强度，轴向和径向应力也应在测试中被控制。通过三轴岩石测试我们能得到用于测量蠕变率的必要数据。已经有一些方法和机器被研发出来并得到了应用，但有着不同的局限性和缺陷。这些机器被称为三维试验机、三轴试验机、多轴试验机、准确三轴试验机等等。
[0009]在这方面值得注意的是，这些提到的机器都不能在所有的环境下都适用。例如，假设在一个由岩盐形成的地下加压石油库，而且油缸装置已经被平衡。问题是如何测量油缸装置壁的蠕变。这时有两个力会造成应力和蠕变:由于渣产出量(上方的土壤和岩石层)造成的外部力，和由流体的压力造成的内部力。但是设计者和工程师会因为相比之下微不足道而省略掉这第二部分，但还是会使用一个探针来测量流体的压力(流体静压力)。假定有一种方法可以对待测样品的各个部分施加相同的一种压力。在另一种情况下，假定测量在流体压力作用下的岩盐的蠕变。
[0010]提到的方法有以下缺点:1)不能在蠕变测试试验中分析作用于待测样品的流体的作用；2)采用机械方法测量应变，如应变仪或线性位移传感器，这些测量设备都难以在液体内部或高压下稳定工作。
【发明内容】
[0011]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种蠕变试验机，能向测试装置的内部充入石油并保压，使待测样品发生形变，再通过两个超声波探测器测量待测样品的竖直和水平形变，从而得到待测样品的形变，其操作简单，使用方便。
[0012]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种蠕变试验机，包括油缸装置和测试装置，其特征在于，
[0013]所述油缸装置包括缸体、活塞、活塞杆和第一单向阀，其中，所述活塞位于所述缸体内并能上下移动，所述活塞杆竖直设置，所述活塞杆的下端固定连接在所述活塞上并且所述活塞杆的上端伸出所述缸体，所述活塞将所述缸体分隔为有杆腔和无杆腔并且所述有杆腔位于所述无杆腔的上方，所述第一单向阀用于向所述缸体的无杆腔内导入石油；
[0014]所述测试装置包括支撑壳、第一接头、第二接头、第二单向阀、第三单向阀、夹持装置、第一超声波探测器和第二超声波探测器，其中，所述第一接头和第二接头均安装在所述支撑壳上，所述第二单向阀和第三单向阀均安装在所述缸体的侧壁上，并且所述第二单向阀通过第一连接管与所述第一接头连接，以用于将所述无杆腔内的石油导入所述支撑壳内从而对待测样品施加压力，所述第三单向阀通过第二连接管与所述第二接头连接，以用于将所述支撑壳内的石油导入所述缸体内，所述第二连接管上安装有通断阀；
[0015]所述夹持装置位于所述支撑壳内，其包括上下对称设置的两限位机构，其中，每个限位机构均包括支撑座和设置在支撑座上的多个限位座，并且每个支撑座均固定在所述支撑壳上；
[0016]每个限位座均包括筒体、压缩弹簧和调节杆，其中，所述筒体固定安装在所述支撑座上并且其侧壁设置有第一通孔，以用于使石油进入所述筒体内，进而使筒体内外的油压一致，所述压缩弹簧设置在所述筒体内并且其纵向与所述筒体的纵向一致，所述调节杆的一端伸入所述筒体内并抵靠在所述压缩弹簧上，以用于使所述压缩弹簧产生形变；
[0017]两限位机构的所有调节杆共同配合夹住待测样品，以限制待测样品的位置；
[0018]所述第一超声波探测器和所述第二超声波探测器均安装在所述支撑壳上，分别用于获得待测样品在竖直方向的形变和水平方向的形变。
[0019]优选地，所述支撑壳包括壳体和两个盖体，所述两个盖体分别螺纹连接在所述壳体的上端和下端并分别抵靠在一对应位置处的支撑座上，以固定所述支撑座。
[0020]优选地，每个调节杆均相对于水平面倾斜设置。
[0021]优选地，所述每根调节杆露出筒体的一端均固定连接有压块，每个压块均包括端面抵靠部和侧面抵靠部，在上的限位机构的所有压块的端面抵靠部和在下的限位机构的所有压块的端面抵靠部共同配合夹持住待测样品，从而限制待测样品的上下位置，在上的限位机构的所有压块的侧面抵靠部共同配合夹持住待测样品的侧面，在下的限位机构的所有压块的侧面抵靠部侧面抵靠部共同配合夹持住待测样品的侧面，以限制待测样品的水平位置。
[0022]优选地，所述夹持装置还包括橡胶套，以用于套住所述待测样品，所有的调节杆共同配合夹住所述橡胶套，从而夹住所述待测样品。
[0023]优选地，所述测试装置的数量为两个，并且其中一个测试装置的橡胶套的侧壁上设置有第二通孔，以用于使石油进入橡胶套内使待测样品产生形变，另一个测试装置的橡胶套将待测样品与石油分隔开。
[0024]优选地，所述缸体上设置有双向阀，以用于向所述缸体的有杆腔内输入石油或者使有杆腔内的石油流出。
[0025]优选地，所述支撑壳内设置有压力传感器和温度计，分别用于测量所述支撑壳内的油压和温度。
[0026]优选地，所述支撑壳包括外壳体和内绝热壳体，所述第一接头和第二接头用于将石油导入所述内绝热壳体内从而与待测样品接触，所述内绝热壳体套接在所述外壳体的内壁上，以用于维持其内部石油的温度。
[0027]优选地，所述支撑壳内设置有加热器，所述加热器为螺旋加热管，其固定安装在所述支撑壳的内壁上，以用于加热进入支撑壳内的石油。
[0028]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0029]1)本发明能通过油缸向测试装置的内部充入石油并保压，待测样品发生蠕变，再通过两个超声波探测器测量待测样品的竖直和水平形变，从而得到待测样品的体积变化量，其操作简单，使用方便。
[0030]2)本发明能通过外力使活塞杆和活塞向下移动，或者通过双向阀向缸体的无杆腔内输入石油，以使活塞杆和活塞向下移动，从而提高支撑壳内的油压，增压方式比较简单；
[0031]3)本发明的所有调节杆配合夹住待测样品，而调节杆伸出筒体的长度可以通过压缩弹簧的形变来进行调节，因此可以保证调节杆一直压在待测样品上，从而能有效限制待测样品的位置，待测样品的位置不会随意改变；
[0032]4)本发明采用了两个测试装置，两个测试装置的橡胶套的侧壁上，一个有孔，另一个没有孔，因此可以将有石油接触待测样品和没有石油接触待测样品时，待测样品的蠕变进行对比；
[0033]5)本发明采用了多个单向阀，使得石油只能朝一个方向流动，有效保证了支撑壳内