用于土类材料球面波加载试样的加载组件及其制备方法、加载系统技术方案

本发明专利技术为解决制作球面波加载试验样品时，会破坏炸药球原本规则的球形，甚至造成危险的问题，而提供了用于土类材料球面波加载试样的加载组件及其制备方法、加载系统；加载组件包括导爆索、外层屏蔽管、内层屏蔽管、防护土芯以及炸药球；防护土芯下端同轴设置有半圆形缺口，防护土芯位于半圆形缺口上方的区域设置有通孔，内层屏蔽管一端设置在通孔内，另一端位于防护土芯的上方，外层屏蔽管套设在内层屏蔽管的外部，外层屏蔽管下端设置在防护土芯上；炸药球上半部分设置在半圆形缺口内，导爆索下端与炸药球连接，上端穿过内层屏蔽管后，置于外侧；本发明专利技术还提出基于组件的制备方法、加载系统。系统。系统。

【技术实现步骤摘要】
用于土类材料球面波加载试样的加载组件及其制备方法、加载系统


[0001]本专利技术属于岩土材料爆炸冲击动力学领域，具体涉及一种用于土类材料球面波加载试样的加载组件及其制备方法、加载系统。

技术介绍

[0002]岩土介质的动态力学特性对地下爆炸能量耦合、应力波传播具有显著影响，明确岩土介质在爆炸载荷下的动态力学特性具有显著的学术价值和工程意义。
[0003]目前研究岩土介质动态力学特性的手段主要包括霍普金森杆试验、平板撞击试验、球面波加载试验等。霍普金森杆对材料进行一维应力波加载，可以研究材料在中高变率下的动态力学特性；平板撞击试验对材料进行一维应变波加载，可以研究材料在高压、高应变率下的动态力学特性。球面波对材料进行球面波加载，可以研究材料在三维应力
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应变条件下的动态力学特性，可为地下爆炸地震波的模拟提供较为精确的材料模型。
[0004]如卢强等人(卢强，王占江，朱玉荣等，花岗岩中实测球面波粒子速度的时域和频域分析[J].现代应用物理，Vol.9(4)，2018.12.)研究的实验室的球面波加载试验，是在样品的中心放置一颗炸药球，从炸药球的中心引出一根起爆用的柔爆索；在样品高度方向的中心平面上嵌入漆包线制成的圆环形粒子速度计，再将整个样品放置在磁场中。当炸药球爆炸造成介质中粒子运动时，会带动粒子速度计一起运动，从而切割磁感线形成感应电动势，通过测量感应电动势即可获得介质中的粒子运动速度。
[0005]在岩土材料的球面波加载试验中，炸药球和柔爆索是动力加载源，为保证试验的精度和可重复性，在样品制作过程中需保证炸药球的形状、位置等参数足够准确。考虑到岩土材料孔隙度、含水率灵活可调，使用细黄土和细砂的混合物作为原料进行样品的制作，但由于砂粒棱角分明且硬度较大，若直接将炸药球嵌入其中进行压制，砂粒很容易刺破炸药球表面，不仅破坏了其原本规则的球形，还可能造成危险。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决采用黄土与细砂的混合物作为原料制作球面波加载试验样品时，其中的砂粒棱角分明且硬度较大，直接将炸药球嵌入其中进行压制，砂粒很容易刺破炸药球表面，会破坏其原本规则的球形，甚至造成危险的问题，而提供了一种用于土类材料球面波加载试样的加载组件及其制备方法、加载系统。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种用于土类材料球面波加载试样的加载组件，用于设置在待测样品中，其特殊之处在于：包括导爆索、外层屏蔽管、内层屏蔽管、防护土芯以及炸药球；
[0009]所述内层屏蔽管的内径大于导爆索的直径，防护土芯的密度与待测样品的密度相同；
[0010]所述防护土芯下端同轴设置有与炸药球尺寸相适配的半圆形缺口，防护土芯位于
半圆形缺口上方的区域同轴设置有与半圆形缺口连通的通孔，通孔的直径与内层屏蔽管的外径相适配，内层屏蔽管一端设置在通孔内，另一端位于防护土芯的上方，外层屏蔽管套设在内层屏蔽管的外部且两者之间存在间隙，外层屏蔽管下端设置在防护土芯上，且上端位于待测样品的外侧；
[0011]所述炸药球上半部分设置在半圆形缺口内，导爆索下端与炸药球连接，上端穿过内层屏蔽管后，置于外侧，炸药球下半部分用于设置在待测土类材料样品中。
[0012]进一步地，所述内层屏蔽管包括同轴设置且内径大于导爆索的第一内屏蔽管和第二内屏蔽管；
[0013]所述第二内屏蔽管的一端设置在通孔内，另一端位于外层屏蔽管内，所述第一内屏蔽管的一端位于外层屏蔽管内且与第二内屏蔽管连通，另一端穿出外层屏蔽管的上端；导爆索另一端依次穿过第二内屏蔽管、第一内屏蔽管后，置于外侧；
[0014]所述第一内屏蔽管和第二内屏蔽管的直径相同，且第二内屏蔽管的长度小于第一内屏蔽管的长度。
[0015]进一步地，所述防护土芯为圆台结构；外层屏蔽管的上端设置有外螺纹，用于与制样模具配合。
[0016]本专利技术还提出一种上述用于土类材料球面波加载试样的加载组件的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0017]步骤1：通过防护土芯制备装置制作防护土芯；
[0018]步骤2：将导爆索一端固定在炸药球上，另一端从下往上依次穿过防护土芯的半圆形缺口、内层屏蔽管后置于外侧，且将炸药球固定在防护土芯的半圆形缺口内；
[0019]步骤3：将外层屏蔽管套在内层屏蔽管外部，并保持外层屏蔽管下端与防护土芯上表面连接，完成加载组件的制备。
[0020]进一步地，步骤1中，所述防护土芯制备装置包括上压件、下压件以及塞柱；
[0021]上压件包括上压头和上模套，所述上模套中部设置有与防护土芯下端形状相适配的上压通孔，上压头下端为与上压通孔的形状和尺寸相适配的上压凸起，上压凸起下端中部同轴设置有与炸药球尺寸相同的半球体；
[0022]所述下压件包括下模套、下压头和垫环；下模套中部沿轴向设置有从上下设置且依次连通的制备腔和卡接孔，制备腔的结构和尺寸与防护土芯倒放时的结构和尺寸相同，下模套上端面与上模套同轴连接，垫环同轴设置在下模套下端面，下压头的中部为与卡接孔相适配的卡接头，卡接头的轴向长度为垫环和卡接孔轴向长度的总和；
[0023]所述下压头的卡接头穿过垫环中部后置于卡接孔内且卡接头可以沿着卡接孔滑动，卡接头中部设置有盲孔；上压头的上压凸起穿过上压通孔后，其上的半球头同轴设置在制备腔内，上压凸起可以沿着上压通孔滑动，上模套中部设置有与盲孔同轴且与内层屏蔽管内径相同的贯穿孔；
[0024]所述盲孔用于放置内层屏蔽管，所述塞柱用于从上往下穿过贯穿孔后插入内层屏蔽管内，防止在制备防护土芯时，堵塞内层屏蔽管。
[0025]进一步地，所述垫环的高度为防护土芯高度的1/3～1/2。
[0026]进一步地，所述上模套下端面设置有环形凸台，下模套上端面设置有与环形凸台相适配的环形槽，所述环形凸台设置在环形槽内。
[0027]进一步地，所述上模套和下模套通过至少两个螺钉固定；
[0028]所述上模套周向均匀设置有与螺钉数量相同且一一对应的多个台阶孔，所述下模套周向均匀设置有与台阶孔数量一致且一一对应的多个安装孔，所述螺钉一端穿过台阶孔后与对应安装孔螺纹连接。
[0029]进一步地，步骤1具体为：
[0030]1.1在下压头的盲孔中放入内层屏蔽管，并在内层屏蔽管中放入塞柱；
[0031]1.2在下压头上依次安装垫环、下模套与上模套；
[0032]1.3从上模套的上压通孔内倒入所需土砂混合料，安装上压头，使得塞柱穿过上压头中心的贯穿孔；
[0033]1.4将装有土砂混合料和内层屏蔽管的防护土芯制备装置放入加压设备中进行加压，直至上压头与上模套完全贴合停止加压；
[0034]1.5依次拆除上压头、下压头、垫环和塞柱，再将下压头安装在下模套中，利用加压设备向下压头加压，将防护土芯从下模套中顶出，获得防护土芯。
[0035]本专利技术还提出一种用于土类材料球面波加载试样的加载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于土类材料球面波加载试样的加载组件，用于设置在待测样品(15)中，其特征在于：包括导爆索(1)、外层屏蔽管(2)、内层屏蔽管(11)、防护土芯(5)以及炸药球(6)；所述内层屏蔽管(11)的内径大于导爆索(1)的直径，防护土芯(5)的密度与待测样品(15)的密度相同；所述防护土芯(5)下端同轴设置有与炸药球(6)尺寸相适配的半圆形缺口，防护土芯(5)位于半圆形缺口上方的区域同轴设置有与半圆形缺口连通的通孔，通孔的直径与内层屏蔽管(11)的外径相适配，内层屏蔽管(11)一端设置在通孔内，另一端位于防护土芯(5)的上方，外层屏蔽管(2)套设在内层屏蔽管(11)的外部且两者之间存在间隙，外层屏蔽管(2)下端设置在防护土芯(5)上，且上端位于待测样品(15)的外侧；所述炸药球(6)上半部分设置在半圆形缺口内，导爆索(1)下端与炸药球(6)连接，上端穿过内层屏蔽管(11)后，置于外侧，炸药球(6)下半部分用于设置在待测土类材料样品中。2.根据权利要求1所述的用于土类材料球面波加载试样的加载组件，其特征在于：所述内层屏蔽管(11)包括同轴设置且内径大于导爆索(1)的第一内屏蔽管(3)和第二内屏蔽管(4)；所述第二内屏蔽管(4)的一端设置在通孔内，另一端位于外层屏蔽管(2)内，所述第一内屏蔽管(3)的一端位于外层屏蔽管(2)内且与第二内屏蔽管(4)连通，另一端穿出外层屏蔽管(2)的上端；导爆索(1)另一端依次穿过第二内屏蔽管(4)、第一内屏蔽管(3)后，置于外侧；所述第一内屏蔽管(3)和第二内屏蔽管(4)的直径相同，且第二内屏蔽管(4)的长度小于第一内屏蔽管(3)的长度。3.根据权利要求2所述的用于土类材料球面波加载试样的加载组件，其特征在于：所述防护土芯(5)为圆台结构；外层屏蔽管(2)的上端设置有外螺纹，用于与制样模具配合。4.一种权利要求1
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3任一所述用于土类材料球面波加载试样的加载组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过防护土芯制备装置制作防护土芯；步骤2：将导爆索(1)一端固定在炸药球(6)上，另一端从下往上依次穿过防护土芯的半圆形缺口、内层屏蔽管(11)后置于外侧，且将炸药球(6)固定在防护土芯(5)的半圆形缺口内；步骤3：将外层屏蔽管(2)套在内层屏蔽管(11)外部，并保持外层屏蔽管(2)下端与防护土芯(5)上表面连接，完成加载组件的制备。5.根据权利要求4所述的用于土类材料球面波加载试样的加载组件的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述防护土芯制备装置包括上压件、下压件以及塞柱(9)；上压件包括上压头(8)和上模套(10)，所述上模套(10)中部设置有与防护土芯(5)下端形状相适配的上压通孔，上压头(8)下端为与上压通孔的形状和尺寸相适配的上压凸起，上压凸起下端中部同轴设置有与炸药球(6)尺寸相同的半球体；所述下压件包括下模套(12)、下压头(14)和垫环(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洋，卢强，白武东，李翱，陶思昊，郑行，李凯凯，刘赟哲，郭志昀，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：