一种真三轴试验仪双向同步加载方法技术

一种真三轴试验仪双向同步加载方法，属于岩石力学室内试验技术领域，包括以下步骤：步骤S1，装样并调整试样在试件盒及刚性加载框架中心；步骤S2，通过计算机控制面板设置参数并发送动作指令；步骤S3，PID控制器采集各传感器收集到的负荷信号，协调三轴双向加载负荷的大小，实现单一指令双向同步加载。本发明专利技术方法确保加载前岩石试样保持在压力舱正中心，从而使加载轴线的焦点始终与试件的中心保持在空间同一位置上，并实现了单一指令下同一方向上两作动器同步加载的功能，确保试验的准确性，大大降低试验人员因操作不当导致试验失败的概率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种真三轴试验仪双向同步加载方法


[0001]本专利技术属于岩石力学室内试验
，具体涉及一种真三轴试验仪双向同步加载方法。

技术介绍

[0002]当今世界经济的迅速发展，地球浅部矿物资源逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，同时水利工程、隧道工程以及地下实验室等均面临着大埋深，高地应力对施工安全性的挑战。随着地下工程不断往深部延伸，且工程规模越来越大，所涉及的岩石力学问题越来越复杂，工程灾害频发，导致人员伤亡和设备损毁惨重。经常发生岩爆事故，如挪威的赫古拉公路隧道、美国爱达荷北部的科达尔铅锌银矿岩爆事故等。
[0003]针对上述工程难题，国内外学者对岩石力学相关的研究投入了大量精力，研发了很多应用于岩石力学室内试验的相关仪器，从最早的单轴压缩仪、常规三轴压缩仪，到如今的真三轴试验仪、扰动真三轴试验仪，随着试验仪器的不断更新，专家学者们已经通过室内试验解决了大量工程问题，对岩石力学相关理论有了更多新的认识。
[0004]为了还原岩石在工程岩体开挖前的初始应力状态，需要真三轴试验仪在应力加载过程中最大限度的减少对岩石的影响，比如出现受力不均、产生偏载的现象，这些现象多数是由于加载之前岩石试样没有保持在压力舱正中心，或同一方向上的两个作动器没有以相同的速率进行加载，其根本原因在于目前的三轴试验仪在试样对中或应力加载过程中，同一方向的两个作动器是独立的，需要分别进行参数设定和控制，想要精准地完成上述工作，对试验人员操作的准确度要求很高。为此，提出了一种真三轴试验仪双向同步加载系统及方法，可确保加载前岩石试样保持在压力舱正中心，从而使加载轴线的焦点始终与试件的中心保持在空间同一位置上，并实现单一指令下同一方向上两作动器同步加载的功能，确保试验的准确性，大大降低试验人员因操作不当导致试验失败的概率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有三轴试验仪同一方向的两个作动器是独立的，需要分别进行参数的设定和控制，难以精准的完成试样对中或应力加载工作。提出了一种真三轴试验仪双向同步加载方法，实现单一指令下同一方向上两作动器同步加载的功能，确保试验的准确性，大大降低试验人员因操作不当导致试验失败的概率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种真三轴试验仪双向同步加载方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1，装样并调整试样在试件盒及刚性加载框架中心；
[0009]步骤S2，通过计算机控制面板设置参数并发送动作指令；
[0010]步骤S3，PID控制器采集各传感器收集到的负荷信号，协调三轴双向加载负荷的大小，实现单一指令双向同步加载。
[0011]步骤S1中所述试样、试件盒及刚性加载框架的轴心共线设置。
[0012]步骤S2具体为：通过计算机控制面板选择加载方式、输入X、Y、Z三个方向的加载速率及目标载荷值，而后发送动作指令。
[0013]步骤S3所述的各传感器为负荷传感器，分设置于X、Y、Z三个方向上。
[0014]位于同一方向的负荷传感器设置为两个，即X向安装有X1负荷传感器和X2向负荷传感器，Y向安装有Y1向负荷传感器和Y2向负荷传感器，Z向安装有Z1向负荷传感器和Z2向负荷传感器。
[0015]步骤S3具体为：为了实现单一指令双向同步加载，利用iADA电压放大模块和iDCA信号整合模块将同一轴上的两个加载作动器进行串联，通过计算机发送加载指令给同一轴上的其中一个加载作动器，此时PID控制器Ⅰ收到电信号Ⅰ，PID控制器Ⅰ通过控制电液伺服阀使加载作动器发生加载动作，此方向上的负荷传感器实时记录数据并反馈到PID控制器Ⅰ，实现同一轴上其中一个方向的控制闭环；同时，电信号Ⅰ通过iADA电压放大模块放大为电信号Ⅱ，再通过iDCA信号整合模块整合后将电信号Ⅱ传到PID控制器Ⅱ，PID控制器Ⅱ通过控制电液伺服阀使同一轴上的另一个加载作动器发生加载动作，此方向上的负荷传感器实时记录数据并反馈到PID控制器Ⅱ，实现同一轴上的另一个方向的控制闭环；此时即实现了单一指令双向同步加载。
[0016]所述PID控制器Ⅰ和PID控制器Ⅱ采用全数字控制器，型号为：DOli EDC I50；电液伺服阀的型号为MOOG G761或MOOG D633。
[0017]本专利技术的技术效果为：
[0018]本专利技术通过一种真三轴试验仪双向同步加载方法确保加载前岩石试样保持在压力舱正中心，从而使加载轴线的焦点始终与试件的中心保持在空间同一位置上，并实现了单一指令下同一方向上两作动器同步加载的功能，确保试验的准确性，大大降低试验人员因操作不当导致试验失败的概率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的一种真三轴实验仪双向同步加载方法的实施流程图；
[0020]图2为本专利技术中的刚性加载框架示意图；
[0021]图3为本专利技术中的水平加载框架示意图；
[0022]图4为本专利技术中的竖直加载框架位置图；
[0023]图5为本专利技术的Z向负荷同步控制原理示意图；
[0024]1‑
基准平台；2
‑
水平加载系统；3
‑
竖直加载系统；4
‑
试件盒；5
‑
下部限位环；6
‑
导轨限位块；7
‑
X1向加载作动器；8
‑
X1向油缸阀块；9
‑
X1向电液伺服阀；10
‑
Y1向加载作动器；11
‑
Y1向油缸阀块；12
‑
负荷传感器连接插头；13
‑
导向柱；14
‑
上部限位环；15
‑
Z2向电液伺服阀；16
‑
Z2向油缸阀块；17
‑
Z2向加载作动器；18
‑
Z2向负荷传感器；19
‑
导轨；20
‑
提升油缸；21
‑
提升阀座；22
‑
Z1向加载作动器；23
‑
Z1向电液伺服阀。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0026]本实施例中采用公开号为CN110987673A的真三轴试验仪作为加载装置。
[0027]如图2所示，所述的真三轴试验仪包括刚性加载框架、同步加载模块、数据自动采
集模块、基准平台1以及依次安装于基准平台1上的水平加载系统2及竖直加载系统3，所述刚性加载框架按照空间直角坐标系设置，并将三轴分为X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2六个方向，其中，每一个方向对应一个加载作动器，六个方向的加载作动器均可在各自方向上做自由的直线运动，其加载轴线的焦点始终与试件的中心保持在空间同一位置上；水平加载框架系统2 用于确定试件盒4的X和Y两方向位置，竖直加载系统3用于确定试件盒4的Z方向位置；
[0028]用于确定中心位置的校准试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真三轴试验仪双向同步加载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，装样并调整试样在试件盒及刚性加载框架中心；步骤S2，通过计算机控制面板设置参数并发送动作指令；步骤S3，PID控制器采集各传感器收集到的负荷信号，协调三轴双向加载负荷的大小，实现单一指令双向同步加载。2.根据权利要求1所述的一种真三轴试验仪双向同步加载方法，其特征在于：步骤S1中所述试样、试件盒及刚性加载框架的轴心共线设置。3.根据权利要求1所述的一种真三轴试验仪双向同步加载方法，其特征在于：步骤S2具体为：通过计算机控制面板选择加载方式、输入X、Y、Z三个方向的加载速率及目标载荷值，而后发送动作指令。4.根据权利要求1所述的一种真三轴试验仪双向同步加载方法，其特征在于：步骤S3所述的各传感器为负荷传感器，分设置于X、Y、Z三个方向上。5.根据权利要求4所述的一种真三轴试验仪双向同步加载方法，其特征在于：位于同一方向的负荷传感器设置为两个，即X向安装有X1负荷传感器和X2向负荷传感器，Y向安装有Y1向负荷传感器和Y2向负荷传感器，Z向安装有Z1向负荷传感器和Z2向负荷传感器。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：何本国，冯夏庭，王杰，甄荣俪，李红普，田冕，姚志宾，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：