本实用新型专利技术涉及一种热膨胀式三轴加载装置；其中筒壁内置有热源项的中间热箍筒套置在上端盖内，上端盖底部与下底板固定连接，中间热箍筒内壁均匀布置有周围介质，每个周围介质的外侧壁均与中间热箍筒的内壁贴合，且每个周围介质内部均放置有温度传感器及压力传感器，保温层包裹在上端盖筒体外侧，利用周围介质由于温度变化所产生的温度应力实现对被试对象的加载及卸载过程；可通过周围介质的选择实现真三轴、常规三轴等应力状态的加载；本发明专利技术所述加载装置结构简单，降低人员劳动强度，显著降低成本；可应用于金属、岩石等各种材料和对象需要高温高压加载的场合，实用性广，非常适合在岩石力学试验及其他相关学科中推广、应用。用。用。
【技术实现步骤摘要】
一种热膨胀式三轴加载装置
[0001]本技术属于力学试验
，具体涉及到一种热膨胀式三轴加载装置。
技术介绍
[0002]力学试验在工程
极其普遍，在这些实验中，需要对被试对象进行力的加载，比如典型的金属和岩体的材料力学试验，乃至土体的力学试验。许多强度较高的材料往往需要施加较大荷载才能达到目的。对于现有的基于泵做功的机械加载实验技术，施加更大的荷载意味着更大的投资。近年来，随着工程建设的不断发展，例如，深部能源资源和深部地下空间的开发利用研究日益受到高度重视并得到不断推进，许多都需要实现高应力加载，也催生了高应力大型模型实验的需求。因此，如何控制成本并实现有效的高应力加载支撑大型试验是许多工程力学研究的迫切需求。
[0003]在各种加载试验方法中，试样尺寸是决定性因素之一。广泛使用的小圆柱试样(φ 50mm
×
100mm)实际上是研究被试验对象的材料性质，难以真正代表或模仿研究对象(比如大的岩体)的“结构特性”。为此，常常需要开展所谓的“模型”实验。模型实验的试样尺寸要显著增加。经过合理设计的模型实验具有很大的价值。由于试样尺寸较大，模型试验提供了揭示更多实验现象的可能性，其试验结果往往和实际工程情况具有较好的相似性，对实际工程的指导也更有真针对性。
[0004]然而，试验系统的荷载输出与试样尺寸的平方成正比。例如，同样实现60MPa的应力， 100mm
×
100mm的截面所需荷载为0.6MN，当试样尺寸为1m
×
1m
×/>1m时，所需载荷增加为 60MN，这是一个庞大的吨位。目前普遍使用液压加载方式，这样的吨位不仅导致油缸、加载框架极其庞大，而且造价也异常高昂。可见，在较低的成本条件下，对大尺寸模型试样施加高应力是难以实现的。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种热膨胀式三轴加载装置，是一种通过在周围介质上产生温度变化并产生温度应力施加于被试对象的装置，以模拟被试对象在不同状态下的受力情况，其试验结果往往和实际工程情况具有较好的相似性；本技术所述加载方法可针对金属、岩石等多种材料，实现被试对象的真三轴、常规三轴、三向等压等应力状态的加载，应用情况广泛；更重要的是，当周围介质温度降低时，还可以实现力的卸载；本技术所述装置结构简单，劳动强度低，稳定性高，有望显著降低构造成本与人员成本。
[0006]为达到上述目的，本技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种热膨胀式三轴加载装置，包括：周围介质2、上端盖31、下底板32、纵向加载压头 4、热源项51、中间热箍筒52、温度控制开关6、保温层7、温度传感器及压力传感器；其中筒壁内置有热源项51的中间热箍筒52套置在上端盖31内，上端盖31底部与下底板32固定连接，中间热箍筒52内壁均匀布置有四个周围介质2，每个周围介质2的外侧壁均与中间热箍
筒52的内壁贴合，且每个周围介质2内部均放置有温度传感器及压力传感器，保温层7包裹在上端盖31主体筒体外侧。
[0008]所述周围介质2采用热膨胀系数大于10
‑7℃
‑1的材料，且所述上端盖31、下底板32、中间热箍筒52、纵向加载压头4均采用热膨胀系数小于周围介质2热膨胀系数0.001倍的材料。
[0009]所述周围介质2的外侧壁为用于与中间热箍筒52内壁贴合的曲面，且周围介质2的外侧壁设有定位条26，周围介质2通过其外侧壁上的定位条26与中间热箍筒52内壁的定位槽521 配合连接，周围介质2的内侧壁为平面，且周围介质2的内侧壁上设有沟槽25，沟槽25内放置有温度传感器及压力传感器，温度传感器及压力传感器的引线均沿着沟槽25延伸至上端盖31，并从上端盖31顶端的引线孔穿出。
[0010]所述上端盖31顶端开有方形通孔，方形通孔四周的上端盖31上设有四个用于温度传感器及压力传感器引线穿出的引线孔，上端盖31底部裙边开有多个螺栓孔，用于与下底板32 连接。
[0011]所述下底板32内圈设有多个用于热源项51引线穿出的竖向通孔，下底板32上沿周向开有多个螺栓孔，用于与上端盖31连接。
[0012]所述纵向加载压头4通过上端盖31顶端方形通孔与被试对象1纵向端面接触。
[0013]所述热源项51为电磁圈或加热电阻丝。
[0014]所述中间热箍筒52内部均匀布置四个定位槽521，与周围介质2外侧壁的定位槽21配合，中间热箍筒52套置在上端盖31内部，且中间热箍筒52外侧壁与上端盖31筒体内侧壁贴合。
[0015]本技术的有益效果：
[0016](1)本技术首次实现将环境温度变化转化为周围介质变形能力，进而转化为温度应力施加于被试对象上，可实现大尺寸模型试样的高应力加载及卸载过程；
[0017](2)本技术可通过周围介质是否选用及材质选择等手段，实现被试对象的真三轴、常规三轴、双轴、单轴等应力状态的加载及卸载，满足多种加载需求；
[0018](3)本技术配备全新加载方式，以及全新结构的压力室，相比现有的加载的方式及装置，能节省部分加载环节，且本技术结构更为简单，在实际操作上可大大降低人员的劳动强度，有望显著降低构造成本与人员成本；
[0019](4)本技术装置可以根据所需的温度、应力条件，将周围介质更换为具有相同或不同热膨胀系数金属或合金材料，从而可以满足不同温度及应力条件下大尺寸模型试样的常规三轴或真三轴试验；
[0020](5)本技术可应用于金属、岩石等各种材料和对象需要高温高压加载的场合，成本较低，实用性广，推广性强。
附图说明
[0021]图1为本技术一种热膨胀式三轴加载装置的结构示意图；
[0022]图2为本技术一种热膨胀式三轴加载装置的整体结构示意图；
[0023]图3为本技术一种热膨胀式三轴加载装置中部分结构示意图；
[0024]图4为本技术一种热膨胀式三轴加载装置中部分结构俯视图；
[0025]图5为本技术一种热膨胀式三轴加载装置中部分结构横向剖面图；
[0026]图6为本技术一种热膨胀式三轴加载装置中周围介质结构示意图；
[0027]图中：1被试对象、21第一周围介质、22第二周围介质、23第三周围介质、24第四周围介质、25沟槽、26定位条、31上端盖、32下底板、4纵向加载压头、51热源项、52中间热箍筒、521定位槽、6温度控制开关、7保温层。
具体实施方式
[0028]实施例1
[0029]一种热膨胀式三轴加载装置，包括：周围介质2、上端盖31、下底板32、纵向加载压头 4、热源项51、中间热箍筒52、温度控制开关6、保温层7、温度传感器及压力传感器；其中筒壁内置有热源项51的中间热箍筒52套置在上端盖31内，上端盖31底部与下底板32固定连接，中间热箍筒52内壁均匀布置有4个周围介质2，每个周围介质2的外本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热膨胀式三轴加载装置，其特征在于包括：周围介质(2)、上端盖(31)、下底板(32)、纵向加载压头(4)、热源项(51)、中间热箍筒(52)、温度控制开关(6)、保温层(7)、温度传感器及压力传感器；其中筒壁内置有热源项(51)的中间热箍筒(52)套置在上端盖(31)内，上端盖(31)底部与下底板(32)固定连接，中间热箍筒(52)内壁均匀布置有四个周围介质(2)，每个周围介质(2)的外侧壁均与中间热箍筒(52)的内壁贴合，且每个周围介质(2)内部均放置有温度传感器及压力传感器，保温层(7)包裹在上端盖(31)主体筒体外侧。2.根据权利要求1所述的一种热膨胀式三轴加载装置，其特征在于所述周围介质(2)采用热膨胀系数大于10
‑7℃
‑1的材料，且所述上端盖(31)、下底板(32)、中间热箍筒(52)、纵向加载压头(4)均采用热膨胀系数小于周围介质(2)热膨胀系数0.001倍的材料。3.根据权利要求2所述的一种热膨胀式三轴加载装置，其特征在于所述周围介质(2)的外侧壁为用于与中间热箍筒(52)内壁贴合的曲面，且周围介质(2)的外侧壁设有定位条(26)，周围介质(2)通过其外侧壁上的定位条(26)与中间热箍筒(52)内壁的定位槽(521)配合连接，周围介质(2)的内侧壁为平面，且周围介质...
【专利技术属性】
技术研发人员：白冰，次惠岭，崔银祥，雷宏武，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：
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