一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置及其使用方法，涉及一种负温状态下的动态断裂力学技术领域。该发明专利技术包括圆筒外壳，圆筒外壳由两个半圆筒构成，可以实现对半开合，并且圆筒外壳侧端设置有开孔，开孔用以穿过SHPB实验系统的杆系，圆筒外壳内侧粘合有软质泡沫塑料绝热层，圆筒外壳的底端设置有冷凝水收集槽，冷凝水收集槽的中部设置有开口，并且冷凝水收集槽通过开口与排水排气导管连通，圆筒外壳的顶端设置有波纹管接口，波纹管接口与外部冷源装置对接。本发明专利技术通过将试件周围空间封闭起来，形成绝热的腔体空间，并通入冷源使装置内部稳定维持负温，从而隔绝实验室环境影响。室环境影响。室环境影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种负温状态下的动态断裂力学
，特别是涉及一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]冻土和冻岩是工程中比较常见的多相体材料，尤其在我国西部地区或者北方地区的高海拔、高纬度的施工现场，工程项目往往需要面临长达半年以上的冰冻期。在这些负温环境中开展的工程建设，如露天矿山开采、运输管线埋设、公路铁路建设等，最常用的开挖手段为爆破法和机械开挖法，这些方法会对周围冻土或冻岩地层施加很强的冲击荷载。因此有必要研究负温状态下冻岩或者冻土材料在冲击荷载作用下的物理力学特性和破坏特征，并分析总结不同温度、含冰率的冻土冻岩材料的动态强度变化特征和破碎效果。
[0003]目前，国内外研究学者已采用多种加载和测试手段对低温材料的断裂特性和机理进行了研究，其中较为常用的加载手段是采用分离式霍普金森压杆实验系统(SHPB)施加冲击荷载。但是现有的实验手段常在试件的负温维持方面存在缺陷，例如，处于负温的冻土试件加装在常温的SHPB实验系统上，冻土试件由于受到来自杆系和周围空气的热交换作用，由外及内逐步开始升温融化，使得冻土试件偏离原来的温度设计最终变为冻融土
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冻土复合体，从而给实验数据引入较大误差。
[0004]针对以上现象，为了维持负温试件的设计温度，尽量减少环境温度对试件的干扰，有必要设计专利技术一种负温维持装置，保证负温试件自加装到 SHPB实验系统到受力破碎过程中，尽可能减少环境温度对其带来的影响。同时该装置也能满足试件加装和试件碎块收集的便捷性，避免碎块飞溅对周围实验人员和设备造成伤害。

技术实现思路

[0005]针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置及其使用方法，使其针对一些负温试件如冻土冻岩试件，在加装到SHPB实验系统的过程中，极易受到环境温度影响的问题，通过将试件周围空间密闭起来，形成绝热的腔体空间，并通入冷源使装置内部稳定维持负温，从而隔绝实验室环境影响。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置，其中，包括圆筒外壳，所述圆筒外壳由两个半圆筒构成，可以实现对半开合，并且所述圆筒外壳侧端设置有开孔，所述开孔用以穿过SHPB实验系统的杆系，所述圆筒外壳内侧粘合有软质泡沫塑料绝热层，所述圆筒外壳的底端设置有冷凝水收集槽，所述冷凝水收集槽的中部设置有开口，并且所述冷凝水收集槽通过开口与排水排气导管连通，所述圆筒外壳的顶端设置有波纹管接口，所述波纹管接口与外部冷源装置对接。
[0007]优选的，所述圆筒外壳上设置有金属箍筋，所述金属箍筋包括第一金属箍筋和第二金属箍筋，所述第一金属箍筋设置在所述圆筒外壳的左端，所述第二圆筒箍筋设置在所
述圆筒外壳的右端。
[0008]优选的，所述圆筒外壳上设置有螺丝旋钮，所述螺丝旋钮包括第一螺丝旋钮和第二螺丝旋钮，所述第一金属箍筋通过所述第一螺丝旋钮固定在所述圆筒外壳的左端，所述第二金属箍筋通过所述第二螺丝旋钮固定在所述圆筒外壳的右端。
[0009]优选的，所述圆筒外壳的底端设置有铰链，所述铰链包括第一铰链和第二铰链，所述第一铰链设置在所述圆筒外壳的左端，所述第二铰链设置在所述圆筒外壳的右端。
[0010]优选的，所述波纹管接口包括第一波纹管接口和第二波纹管接口，所述第一波纹管接口设置在所述圆筒外壳的左端并且所述第一波纹管接口位于所述第一金属箍筋的右端，所述第二波纹管接口设置在所述圆筒外壳的右端并且所述第二波纹管接口位于所述第二金属箍筋的左端。
[0011]一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置的使用方法，其中，包括以下步骤：
[0012]S10、实验开始前，将负温试件温度维持装置安装在SHPB实验系统上，选用合适高度的支撑将装置安置于SHPB系统的底座上，使得杆系刚好能够穿过外壳的两个开孔；
[0013]S20、使用口径适配的金属波纹管，将该装置的波纹管接口与压缩液氮容器相连通，若液氮容器仅有一个输出气阀时，则需封堵多余的波纹管接口；
[0014]S30、旋开装置上部所述的两颗螺丝旋钮，使该装置的圆筒外壳对半打开，并通过装置外壳打开的开口，将待加载的负温试件加装在SHPB实验系统上，然后将装置的圆筒外壳还原闭合状态并拧紧上述的两颗螺丝旋钮；
[0015]S40、缓慢打开压缩液氮容器的输出气阀，确保冷源缓慢平稳地输入装置腔内；
[0016]S50、观察排水排气导管，若有白色雾气从中冒出，则表明冷源已充满装置内部；
[0017]S60、观察数显温度计，待显示温度达到试件设计温度值，则可以进行下步操作；
[0018]S70、操控SHPB实验系统对装置内的负温试件施加冲击荷载；
[0019]S80、待加载完毕后，关闭冷源的输出气阀，旋开所述装置上部的两颗螺丝旋钮，收集并清理装置内残余的试件碎块后，即可加装下一个负温试件，以此重复上述步骤进行实验操作。
[0020]优选的，所述压缩液氮容器可以通过调节输出气阀，控制冷源进入负温试件温度维持装置的快慢。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术针对一些负温试件如冻土冻岩试件，在加装到SHPB实验系统的过程中，极易受到环境温度影响的问题，通过将试件周围空间密闭起来，形成绝热的腔体空间，并通入冷源使装置内部稳定维持负温，从而隔绝实验室环境影响。
[0023](2)本专利技术所述的负温试件温度维持装置，在实验加载时处于锁紧闭合状态，从而形成密闭的内部空间，可以有效地阻挡试件破碎的块体四处飞溅，防止碎块飞溅对周围的实验人员和设备造成伤害。
[0024](3)本专利技术所述的负温试件温度维持装置，每次实验结束后，可以将该装置对半打开，为后续试件碎块的收集和清理工作提供了便利，同时软质的泡沫绝热层具有很强的缓冲作用，能够减少飞溅的试件碎片对装置外壳的冲撞破坏作用，进而提高装置的使用寿命。
[0025](4)本专利技术所述的负温试件温度维持装置，内部设有PE冷凝水收集槽和排水排气
导管，可以及时收集并排出装置内壁产生的冷凝水，同时通过观察排水排气导管口是否有冷源挥发的白色雾气，方便判断冷源是否完全充满装置内腔，通过观察数显温度计判断内腔是否达到试件设计的负温。
[0026](5)本专利技术所述的负温试件温度维持装置，采用的材料轻质便捷容易加工，例如该装置采用的PMMA有机玻璃和软质泡沫塑料，若发现装置某些地方的尺寸无法与SHPB实验系统相匹配，可以很方便地进行针对性改进和加工。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的实施例结构示意图。
[0028]主要元件符号说明：
[0029]1‑
圆筒外壳
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软质泡沫塑料绝热层
ꢀꢀꢀ3‑
冷凝水收集槽
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置，其特征在于，包括圆筒外壳，所述圆筒外壳由两个半圆筒构成，可以实现对半开合，并且所述圆筒外壳侧端设置有开孔，所述开孔用以穿过SHPB实验系统的杆系，所述圆筒外壳内侧粘合有软质泡沫塑料绝热层，所述圆筒外壳的底端设置有冷凝水收集槽，所述冷凝水收集槽的中部设置有开口，并且所述冷凝水收集槽通过开口与排水排气导管连通，所述圆筒外壳的顶端设置有波纹管接口，所述波纹管接口与外部冷源装置对接。2.如权利要求1所述的一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置，其特征在于，所述圆筒外壳上设置有金属箍筋，所述金属箍筋包括第一金属箍筋和第二金属箍筋，所述第一金属箍筋设置在所述圆筒外壳的左端，所述第二圆筒箍筋设置在所述圆筒外壳的右端。3.如权利要求2所述的一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置，其特征在于，所述圆筒外壳上设置有螺丝旋钮，所述螺丝旋钮包括第一螺丝旋钮和第二螺丝旋钮，所述第一金属箍筋通过所述第一螺丝旋钮固定在所述圆筒外壳的左端，所述第二金属箍筋通过所述第二螺丝旋钮固定在所述圆筒外壳的右端。4.如权利要求3所述的一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置，其特征在于，所述圆筒外壳的底端设置有铰链，所述铰链包括第一铰链和第二铰链，所述第一铰链设置在所述圆筒外壳的左端，所述第二铰链设置在所述圆筒外壳的右端。5.如权利要求4所述的一种基于SHPB试验系统的负温试件温度维持装置，其特征在于，所述波纹管接口包括第一波纹管接口和第二波纹管接口，所述第一波纹管接口设置在所述圆筒外壳的左端并且所述第一波纹管...

【专利技术属性】
技术研发人员：白宇，康全玉，兴楠楠，付小丹，孟凡宝，
申请(专利权)人：成远矿业开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：