高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法，包括支撑工作台，在支撑工作台上依次设有发射管、输入杆、冲击钢管和吸收装置，冲击钢管和输入杆可沿轴向移动，冲击钢管内同轴设有锚杆试样，冲击钢管的封口端与输入杆抵接、开口端通过承载盘与锚杆试样连接。本发明专利技术在传统的霍普金森压杆试验系统的基础上改进为霍普金森压杆动力冲击拉伸试验系统，实现了变“压”为“拉”的意图，使得锚杆拉伸试验得以在高应变率条件下进行，同时还可记录加载脉冲的应力应变和应力时间的动态曲线，便于研究微观NPR锚杆在高应变率条件下的变形动力学特性。动力学特性。动力学特性。

【技术实现步骤摘要】
高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法


[0001]本专利技术属于锚杆力学性能研究
，具体涉及高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的高速发展，矿产资源开采和隧道工程建设逐渐由浅部走向深部。深度的增加导致地质环境愈发复杂，各种岩体大变形灾害始终高居不下。锚杆支护具有成本低、结构简单且使用方便等优点，已广泛应用于煤炭巷道、矿山边坡、公路隧道等岩土工程领域的加固。但普通锚杆/索普遍采用具有泊松比效应的传统材料加工而成(Poisson
’
s Ratio，简称PR材料)，允许巷道围岩的变形量一般均在20mm以下，已无法满足深部围岩非线性大变形破坏特征，常出现锚杆破断失效的现象。针对上述问题，何满潮院士研发出一种新型能量吸收锚杆支护材料，称为微观NPR锚杆新材料(Negative Poisson
’
s Ratio，简称NPR)，这种锚杆材料对于解决深部岩体大变形灾害控制问题具有重要意义。
[0003]锚杆材料的力学性能是锚杆研制和工程应用的核心问题。力学性能试验方法根据应变率的范围，可分为静态、准静态、中等应变率和高应变率加载四个方面。静态、准静态力学试验均采用常规伺服式液压加载装置进行荷载的加载；中等应变率的力学试验加载方式多为落锤冲击和动态伺服式加载。绝大多数锚杆材料的力学性能试验均为静态、准静态和中等应变速率试验，例如静力拉伸试验和落锤冲击试验。迄今为止，大量的室内外静力学拉伸试验研究和现场试验工程实践应用不仅验证了微观NPR锚杆材料良好的力学特性，对基于微观NPR锚杆材料的围岩稳定性控制技术及相应支护对策的探讨和实践也取得良好效果。
[0004]一般而言，岩爆及爆炸荷载作用下的锚杆材料受力特征是高应变率研究范畴。高应变率加载相比中等应变率加载及准静态加载，材料惯性效应和应变率相关性成为影响材料动态力学特性的主要因素。受限于加载设备的缺乏，高应变率条件下锚杆材料力学性能主要采用现场爆炸的方式进行测试。试验危险性大，操作繁琐，严重影响试验的效率。因此，微观NPR锚杆材料在高应变率条件下能否呈现出优异的力学性能仍是未知，寻求一种效果良好的高应变率条件下微观NPR锚杆材料力学性能试验的方法，已经成为微观NPR锚杆材料力学特性研究中急需解决的问题之一。
[0005]分离式霍普金森压杆(SHPB)试验技术是研究材料高应变率力学行为的一项经典的技术。该试验可记录加载脉冲的应力应变和应力时间的动态曲线，研究材料在高应变率条件下动态特性。现有的分离式霍普金森压杆试验可以实现岩石样品高应变率单轴拉伸、压缩、剪切加载，但无法对微观NPR锚杆材料进行高应变率条件下的拉伸试验。
[0006]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置及方法，
以至少解决目前爆炸试验危险性大，操作繁琐，严重影响试验的效率，以及现有分离式霍普金森压杆试验系统无法对微观NPR锚杆材料进行高应变率条件下的拉伸试验的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述试验装置包括支撑工作台，所述支撑工作台上设有发射管和吸收装置，所述发射管用于发射撞击杆，所述试验装置还包括：
[0010]输入杆，所述输入杆设置于所述发射管与所述吸收装置之间，所述输入杆与所述撞击杆同轴设置，且可轴向移动，所述撞击杆沿所述输入杆轴向撞击所述输入杆；
[0011]冲击钢管，所述冲击钢管设置于所述输入杆与吸收装置之间，所述冲击钢管与输入杆同轴设置，所述冲击钢管靠近输入杆的一端为封口端，所述封口端与输入杆的一端抵接，以用于承受输入杆的轴向冲击载荷；所述冲击钢管靠近吸收装置的一端为开口端，所述开口端用于锚杆试样在冲击钢管内的固定；
[0012]导向架，所述导向架设置于支撑工作台上，所述导向架上设有第一导向孔，所述冲击钢管穿设于所述第一导向孔内，所述导向架用于冲击钢管的支撑和导向；
[0013]试样固定座，所述试样固定座设置在支撑工作台上，所述冲击钢管上设置有贯穿侧壁的槽孔，所述槽孔用于供所述试样固定座穿过并伸入冲击钢管内，所述试样固定座用于锚杆试样的固定和导向；
[0014]锚杆试样，所述锚杆试样同轴设置于冲击钢管内，所述锚杆试样的一端部与试样固定座连接，另一端部与承载盘连接；
[0015]承载盘，所述承载盘与冲击钢管的开口端连接，用于将作用在冲击钢管上的冲击载荷转移至锚杆试样上。
[0016]优选的，所述导向架包括上导向架和下导向架，所述上导向架和下导向架通过第一连接螺栓连接为一体；所述上导向架上设有上半圆孔，所述下导向架上设有下半圆孔，所述上半圆孔与下半圆孔组成所述第一导向孔。
[0017]优选的，所述导向架设有多个，多个所述导向架沿冲击钢管轴向线性排布于支撑工作台上。
[0018]优选的，所述承载盘与冲击钢管同轴设置；所述冲击钢管的开口端与承载盘可拆卸连接；所述承载盘上设有与冲击钢管同轴的定位孔，所述定位孔用于锚杆试样与冲击钢管的同轴定位，所述试样固定座上设有与冲击钢管同轴的第二导向孔，所述第二导向孔用于锚杆试样的导向
[0019]优选的，所述承载盘的端面上圆周均布有若干第二连接通孔，所述冲击钢管的开口端的端面上圆周均布有与第二连接通孔一一对应的第二螺纹孔，所述第二连接通孔和第二螺纹孔内设有使承载盘与冲击钢管连接为一体的第二连接螺栓。
[0020]优选的，所述锚杆试样的两端部均设有外螺纹段，两个所述外螺纹段上均螺纹连接有连接螺母，旋拧于所述锚杆试样两端部的连接螺母使锚杆试样夹紧于试样固定座和承载盘之间。
[0021]优选的，所述抗拉试验装置还包括输入杆固定架，所述输入杆固定架设置于支撑工作台上，所述输入杆固定架上设有第三导向孔，所述第三导向孔与第一导向孔同轴，所述输入杆滑动连接于所述第三导向孔中。
[0022]优选的，所述输入杆固定架、导向架、试样固定座和吸收装置分别与支撑工作台可拆卸连接。
[0023]优选的，所述槽孔包括第一槽孔和第二槽孔，所述第二槽孔的槽长大于第一槽孔的槽长以及锚杆试样的拉伸长度；多个所述第一槽孔沿冲击钢管轴向线性排布于冲击钢管上侧的管壁上，所述第二槽孔沿冲击钢管轴向设置于冲击钢管下侧的管壁上，所述第二槽孔用于试样固定座的顶部伸入冲击钢管内，所述第一槽孔用于旋拧工具进入冲击钢管内并将连接螺母旋拧于锚杆试样上。
[0024]一种高应变率条件下微观NPR锚杆霍普金森抗拉试验方法，所述抗拉试验方法使用的是上述高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述抗拉试验方法包括以下步骤：
[0025]步骤S1，确保试验装置所处环境空旷安全，确保操作安全可靠；
[0026]步骤S2，对试验装置中各组件的接触部分涂抹黄油进行润滑，用以消除弥散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，所述试验装置包括支撑工作台，所述支撑工作台上设有发射管和吸收装置，所述发射管用于发射撞击杆，其特征在于，所述试验装置还包括：输入杆，所述输入杆设置于所述发射管与所述吸收装置之间，所述输入杆与所述撞击杆同轴设置，且可轴向移动，所述撞击杆沿所述输入杆轴向撞击所述输入杆；冲击钢管，所述冲击钢管设置于所述输入杆与吸收装置之间，所述冲击钢管与输入杆同轴设置，所述冲击钢管靠近输入杆的一端为封口端，所述封口端与输入杆的一端抵接，以用于承受输入杆的轴向冲击载荷；所述冲击钢管靠近吸收装置的一端为开口端，所述开口端用于锚杆试样在冲击钢管内的固定；导向架，所述导向架设置于支撑工作台上，所述导向架上设有第一导向孔，所述冲击钢管穿设于所述第一导向孔内，所述导向架用于冲击钢管的支撑和导向；试样固定座，所述试样固定座设置在支撑工作台上，所述冲击钢管上设置有贯穿侧壁的槽孔，所述槽孔用于供所述试样固定座穿过并伸入冲击钢管内，所述试样固定座用于锚杆试样的固定和导向；锚杆试样，所述锚杆试样同轴设置于冲击钢管内，所述锚杆试样的一端部与试样固定座连接，另一端部与承载盘连接；承载盘，所述承载盘与冲击钢管的开口端连接，用于将作用在冲击钢管上的冲击载荷转移至锚杆试样上。2.如权利要求1所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述导向架包括上导向架和下导向架，所述上导向架和下导向架通过第一连接螺栓连接为一体；所述上导向架上设有上半圆孔，所述下导向架上设有下半圆孔，所述上半圆孔与下半圆孔组成所述第一导向孔。3.如权利要求2所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述导向架设有多个，多个所述导向架沿冲击钢管轴向线性排布于支撑工作台上。4.如权利要求1所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述承载盘与冲击钢管同轴设置；所述冲击钢管的开口端与承载盘可拆卸连接；所述承载盘上设有与冲击钢管同轴的定位孔，所述定位孔用于锚杆试样与冲击钢管的同轴定位，所述试样固定座上设有与冲击钢管同轴的第二导向孔，所述第二导向孔用于锚杆试样的导向。5.如权利要求4所述的高应变率条件下NPR锚杆霍普金森抗拉试验装置，其特征在于，所述承载盘的端面上圆周均布有若干第二连接通孔，所述冲击钢管的开口端的端面上圆周均布有与第二连接通孔一一对应的第二螺纹孔，所述第二连接通孔和第二螺纹孔内设有使承载盘与冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶志刚，施婷婷，邓飞，李梦楠，何满潮，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：