液压三轴室中对非圆形截面柱体试块进行轴向加载的压头制造技术

本发明专利技术公开了一种液压三轴室中对非圆形截面柱体试块进行轴向加载的压头，属于土木、地质工程实验技术领域。压头由A、B、C三部分构成，A部分的外轮廓线是外凸的；C部分至少有一个横截面不是圆形；B部分是A部分与C部分的过渡部分，把A与C部分的侧面用连续的平面或曲面连接起来；A、B、C三部分的侧面都是光滑的。柱形体试块的截面可以是正方形、矩形、其它多边形，或者，由直线及内凸和/或外曲线围成的区域。进行三轴加载时，压头在试块的两端，压头的C部分端面与试块的端面紧密接触，压头与试块的侧面包裹着隔离套。压头的A部分外侧面、隔离套内表面是密封面，要满足液压密封的要求。压头内部以及A部分的端部可以设置承压、承拉或拉压球铰。

Axial compression head for non-circular cross section cylinder block in hydraulic three axis chamber

The invention discloses a hydraulic triaxial chamber pressure head for axial loading of non-circular cross-section cylinder blocks, belonging to the technical field of civil and geological engineering experiments. The pressure head consists of three parts of A, B and C, and the outer ring profile of the A part is convex; at least one section of the C section is not a circular section; the B part is the transition part of the A part and the C part, connecting the sides of the A and C parts to a continuous plane or surface; the sides of A, B, and three parts are smooth. The section of a cylindrical specimen may be square, rectangular, or other polygons, or an area surrounded by straight lines and convex and/or curved lines. When the three axis is loaded, the pressure head is at both ends of the test block, and the end face of the C part of the pressure head is closely contact with the end of the test block, and the side of the pressure head and the test block is wrapped with the isolating sleeve. The outer surface of the A part of the pressure head and the inner surface of the isolating sleeve are the sealing surfaces, so as to meet the requirements of the hydraulic seal. The inner part of the pressure head and the ends of the A part can be provided with bearing, bearing or pulling and pressing the ball hinge.

【技术实现步骤摘要】
液压三轴室中对非圆形截面柱体试块进行轴向加载的压头
本专利技术涉及属于土木、地质工程实验
，特别是涉及一种液压三轴室中对非圆形截面柱体试块进行轴向加载的压头。
技术介绍
目前采用常规三轴设备对试块进行假三轴应力状态下的加载时，使用试块的形状是圆柱体。在试块的两端放置压头，压头与试块端面紧密接触；在试块的侧面和压头的侧面都包裹着隔离套，其作用是防止试块与液压介质接触。由于对棱柱体试块加载需要使用棱柱体压头，而在棱柱体压头的侧面与隔离套之间进行密封是困难的，因此很少采用棱柱体试块进行试验，即使研究的问题需要使用棱柱体试块时，通常还是采用圆柱体试块。本专利技术提出了一种压头，适用于对棱柱体试块以及其它各种非圆形断面试块进行三轴加载试验，属于土木工程、矿业工程、地质工程的试验

技术实现思路
压头包含A、B、C三个部分，参见图1和图2，用于在常规三轴设备的液压三轴室内对柱形体试块进行加载。在进行三轴加载试验时，在试块的两端分别各放置一个压头，压头的C部分的端部平面与试块端部紧密接触，在试块的外部侧面以及压头的外部侧面包裹着一个柔性隔离套，把三轴室中的液压介质与试块隔离开。压头的A部分的外部侧面(在进行三轴试验时)与隔离套接触，二者之间要到达液压密封的要求，液压介质不能够流入隔离套内部。A部分的横截面的外轮廓线是外凸的，外轮廓线围成的区域包含但不限于以下几种：圆形、椭圆形、由多段曲线围成的外凸图形，各段曲线之间可以是相切的，也可以是相交的。压头的C部分形状由与之接触的试块断面形状决定，与试块接触的C部分端面的形状要与试块的端面形状相同或相近。C部分端部表面的形状包含但不限于以下几种：圆形、椭圆形、正方形、矩形、其它多边形、由一端或多段直线及一段或多段曲线围成的图形，这部分的形状可以是外凸的，也可以不是外凸的，甚至外轮廓线的某些部分可以是内凸的。压头的B部分处在A与C部分之间，B部分的外表面可以是连续的平面(图9和图10)，也可以是连续曲面(图11和图12)，B部分的外表面把A部分的外表面与C部分的外表面连接起来。整个压头的表面允许连续变化，但不能出现突然变化(例如，陡峭的台阶、深孔、突出的高台等)，以防在液压环境中把隔离套撕破。当万不得已，必须出现外表面的突然变化时，要在这些部位与隔离套之间充填柔性材料，如腻子、橡胶泥等。根据定义，压头中各个横截面的几何形心的连线称为轴线。当压头是实心的时候，压头的轴线最好是直线，并且A、B、C三个部分的轴线最好是重合的。做A部分端面几何形心与C部分端面几何形心的连线，该连线记为ac。当A、B、C三个部分的轴线不是直线，或者不是重合的直线时，在压头的任何横截面上，横截面的几何形心与横截面和直线ac交点之间的距离，要求小于在交点偏离几何形心的方向上，从几何形心到达外轮廓线的距离的百分之五(5％)；当然，如果试块受到的轴向压力较小，而压头的刚度又很大时，交点与形心的偏离引起的A与C部分的端面的平行度的变化在允许范围内时，也可以根据实际情况放宽偏离距离的范围。压头中有孔或在压头内部加工有空腔时，可能会出现各个截面的几何形心不重叠的情况。压头中两个面(平面或/和曲面)交线处要处理成大光滑过渡面，三个面相交处要处理成光滑曲面，以防凸棱和尖角刺破隔离套。压头种类压头分为以下三种。I型压头如图1-图8所示，其特点是，当沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，或者沿着A部分的端面法线方向、或C部分端面的法线方向投影时，在A部分的横截面外轮廓线包围的区域中，有些区域落在C部分横截面外轮廓线包围区域的内部，但是，还有些区域落在C部分的外部。例如，当A部分的横截面是圆形，C部分横截面是正方形时，如果圆形的直径大于正方形的边长，小于正方形的对角线，相应的压头就是I型压头。值得强调的是，可对I型压头进一步进行限制，要求A、B、C三部分的各个横截面的周长相等，这种压头称为等周长压头，这种压头实用范围更广。也可以要求A部分的周长略大于B部分的周长或/和C部分的周长，这种压头称为准等周长压头。这种压头的好处是，既便于安装橡胶隔离套，又能够使隔离套套紧A部分，方便密封。II型压头如图9～图12所示，其特征是，当沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，或者沿着A部分的端面法线方向、或C部分端面的法线方向投影时，C部分横截面的外轮廓线落在A部分外轮廓线包围区域的内部。III型压头如图13和图14所示，其特征是，当沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，或者沿着A部分的端面法线方向、或C部分端面的法线方向投影时，A部分横截面的外轮廓线落在C部分外轮廓线包围区域的内部。当隔离套选用热缩套时，由于热缩套在加热后会发生很大的变形，I、II、III型压头都可以使用。当隔离套选用乳胶套时或其它的力学特性与之类似的材料时，采用等周长I型压头或准等周长I型压头更为方便。球铰如果球铰只能够承受压力，称为承压球铰；如果只能够承受拉力，称为承拉球铰；如果既能够承受压力，又能够承受拉力称为拉压球铰。在I、II、III型压头的A、B、C中任何一个部分都可以设置承压球铰，这里只以I型压头的两种情况为例来说明。如图5和图6所示，在I型压头的C部分设置有承压球铰，C部分被分为C1和C2两部分，二者之间的接触面是球面，C2部分中背对着球面的平面与试块接触。如图7和图8所示，在I型压头的A部分设置有承压球铰，A部分被分为A1和A2两部分，二者之间的接触面是球面。在I、II、III型压头的A、B、C中任何一个部分都还可以设置承拉球铰，但是，在A部分的端部设置承拉球铰最为方便。在I、II、III型压头的A、B、C中任何一个部分都还可以设置拉压球铰，但是，还是在A部分的端部设置拉压球铰最为方便。当有球铰时，I、II、III型压头的特征与无球铰的基本相同，这里给出有球铰的压头的定义。I型压头的特征是：(1)当A部分内部有个分界球面(用作球铰)把A部分分成A1和A2两部分时，在A1和A2的轴线平行的情况下，沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，在A部分的横截面外轮廓线包围的区域中，有些区域落在C部分横截面外轮廓线包围区域的内部，但是，还有些区域落在C部分的(横截面外轮廓线包围)区域的外部；(2)当C部分内部有个分界球面(用作球铰)把C部分分成C1和C2两部分时，在C1和C2的轴线平行的情况下，沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，在A部分的横截面外轮廓线包围的区域中，有些区域落在C部分横截面外轮廓线包围区域的内部，但是，还有些区域落在C部分的(横截面外轮廓线包围)区域的外部；(3)当B部分内部有个分界球面(用作球铰)把B部分分成B1和B2两部分时，在B1和B2的轴线平行的情况下，沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，在A部分的横截面外轮廓线包围的区域中，有些区域落在C部分横截面外轮廓线包围区域的内部，但是，还有些区域落在C部分的(横截面外轮廓线包围)区域的外部。II型压头的特征是：(1)当A部分内部有个分界球面(用作球铰)把A部分分成A1和A2两部分时，在A1和A2的轴线平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压三轴室中对非圆形截面柱体试块进行轴向加载的压头，该压头由包含A、B、C三个部分；在进行三轴加载试验时，C部分的端部与试块接触，A、B、C三个部分外部侧面与隔离套接触；其特征是：(1)A部分横截面的外轮廓线是外凸的；A部分的外部侧面是满足液压密封要求的表面，在进行三轴试验时与隔离套接触，在受到液压介质施加围压时，液压介质不能够从隔离套与A部分外部侧面之间渗入到隔离套内部；(2)C部分至少有一个横截面是非圆形的，并且还具有以下三个特征中的一个特征，a)C部分的横截面的外轮廓线与A部分横截面的外轮廓线的大小是不同的；或者，b)C部分的横截面的外轮廓线与A部分横截面的外轮廓线的形状是不同的，或者，c)C部分的横截面的外轮廓线与A部分横截面的外轮廓线的大小和形状都是不同的；(3)B部分处在A与C部分之间，该部分起过渡作用，通过连续的平面或连续的曲面把A部分的外表面与C部分的外表面连接起来。

【技术特征摘要】
1.一种液压三轴室中对非圆形截面柱体试块进行轴向加载的压头，该压头由包含A、B、C三个部分；在进行三轴加载试验时，C部分的端部与试块接触，A、B、C三个部分外部侧面与隔离套接触；其特征是：(1)A部分横截面的外轮廓线是外凸的；A部分的外部侧面是满足液压密封要求的表面，在进行三轴试验时与隔离套接触，在受到液压介质施加围压时，液压介质不能够从隔离套与A部分外部侧面之间渗入到隔离套内部；(2)C部分至少有一个横截面是非圆形的，并且还具有以下三个特征中的一个特征，a)C部分的横截面的外轮廓线与A部分横截面的外轮廓线的大小是不同的；或者，b)C部分的横截面的外轮廓线与A部分横截面的外轮廓线的形状是不同的，或者，c)C部分的横截面的外轮廓线与A部分横截面的外轮廓线的大小和形状都是不同的；(3)B部分处在A与C部分之间，该部分起过渡作用，通过连续的平面或连续的曲面把A部分的外表面与C部分的外表面连接起来。2.根据权利要求1所述压头，其特征是，A部分外部侧面是光滑的。3.根据权利要求1所述压头，其特征是，A部分的轴线是一条直线，C部分的轴线是一条直线，两个轴线都在同一条直线上，所述轴线是指横截面几何形心的连线。4.根据权利要求1所述压头，其特征是，A部分的轴线是一条直线，C部分的轴线是一条直线；在A部分的范围内，C的轴线偏离A的轴线的距离，小于在偏离方向上轴线到达外轮廓线的距离的百分之五；在C部分的范围内，A的轴线偏离C的轴线的距离，小于在偏离方向上轴线到达外轮廓线的距离的百分之五。5.根据权利要求1所述压头，其特征是，A部分的横截面外轮廓线是圆形曲线、或椭圆形曲线，或由多段曲线连接而成的封闭外凸曲线，各段曲线之间是相切的或者是相交的。6.根据权利要求1所述压头，其特征是，由C部分横截面的外轮廓线围成的图形包含但不限于以下几种：正方形、矩形、四边形之外的多边形，椭圆形，或者，由一段或多段外凸曲线围成的图形，或者，由一段或多段内凸曲线围成的图形，或者，由一段或多段外凸曲线以及一段或多段内凸曲线围成的图形，或者，由一段或多段外凸曲线以及一段或多段直线围成的图形，或者，由一段或多段内凸曲线以及一段或多段直线围成的图形，或者，由一段或多段外凸曲线、一段或多段内凸曲线以及一段或多段直线围成的图形。7.根据权利要求1所述压头，其特征是，压头的A、B、C三个部分是一体的，由一块材料加工而成，三者内部及三者之间不能拆开。8.根据权利要求1所述压头，其特征是，在A、B、C三部分之一的某一部分内部设置有承压球铰；或者，在A与B部分之间设置有承压球铰；或者，在B与C部分之间设置有承压球铰。9.根据权利要求1所述压头，其特征是，在A、B、C三部分的内部或者A部分的端部设置有一个球铰，该球铰承受拉力和/或压力。10.根据权利要求1所述压头，其特征是，(1)当ABC三部分之间以及各部分内部都没有分界面时，沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，A部分横截面的外轮廓线落在C部分外轮廓线包围区域的内部；或者，沿着A部分的端面法线方向，或者C部分端面的法线方向投影时，A部分横截面的外轮廓线落在C部分外轮廓线包围区域的内部；或者，(2)当A部分内部有一个球铰，其球面把A部分分成A1和A2两部分时，在A1和A2的轴线平行的情况下，沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，A部分横截面的外轮廓线落在C部分外轮廓线包围区域的内部；或者，(3)当C部分内部有一个球铰，其球面把C部分分成C1和C2两部分时，在C1和C2的轴线平行的情况下，沿着A部分的轴线方向、或B部分的轴线方向、或C部分的轴线方向投影时，A部分横截面的外轮廓线落在C部分外轮廓线包围区域的内部；或者，(4)当B部分内部有一个球铰，其球面把B部分分成B1和B2两部分时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11