一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统及其使用方法技术方案

一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统及其使用方法，包括霍普金森杆试验装置，所述霍普金森杆试验装置包括入射杆

【技术实现步骤摘要】
一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于岩石动力学
，涉及一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统及其使用方法
。

技术介绍

[0002]我国的高寒地区分布十分广阔，高寒地区的大中型露天矿山达数百个，由于岩体含有天然裂隙，在地下水
、
降雨作用下，地表附近岩石的裂隙充水，在昼夜温差和季节性温度变化作用下，岩石及内部的水不断经历冻结
‑
融解的循环过程，露天开采形成的边坡受到冻融环境影响，其稳定性会受到影响，同时受到爆破等开采扰动的影响，会诱致边坡产生滑坡风险
。
因此，为了评价边坡的稳定性和防护边坡滑坡，需要测试岩石的动态本构
、
冰的动态本构，建立含冰充填节理岩体的力学模型，进而研究含冰充填节理岩体的动态力学特性
。
[0003]分离式霍普金森压杆
(SHPB)
是目前研究岩石动态力学特性的主要试验装置之一，该装置通常由三部分组成，冲击系统
、
杆件系统和数据采集与记录系统，为了观测岩石冲击过程中的裂纹扩展配备了高速摄影等装置
。
常规
SHPB
试验装置利用钢杆作为入射杆和透射杆，但是由于冰的波阻抗比较小，利用钢杆测得透射波太小不利于测试和分析，因此，选用与现场相同的岩石制作长岩杆代替钢杆作为入射杆和透射杆，为了再现高寒露天矿扰动的影响，需要利用冻结的岩杆进行
SHPB
试验测试冰的动态本构
。r/>常规的
SHPB
试验装置不能进行低温环境下的动态试验，虽然有学者采用液氮浸泡
、
喷洒酒精和冰柜等进行降温，但是这种实现低温环境的方法，只是让试样处于一定的低温环境，不能让试样两端的杆件系统整体处于低温环境
。
此外如果要测试冰的动态本构，首先要制备气泡少
、
表面平整的纯冰试样，放置在
SHPB
试验装置中开展动态冲击试验，但是目前现有的制冰装置制备的冰试样内部易存在气泡，且冰的表面平整度不符合
SHPB
试验的要求
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术公开一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统，具体方案如下：
[0005]一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统，包括霍普金森杆试验装置，所述霍普金森杆试验装置包括入射杆
、
透射杆，其特征在于，还包括：
[0006]制冰装置，所述制冰装置用于制备无气泡圆柱纯冰；
[0007]低温试验装置，所述低温试验装置用于将无气泡圆柱纯冰固定于霍普金森杆试验装置的入射杆及透射杆之间，并为无气泡圆柱纯冰
、
入射杆及透射杆提供
‑
25℃
～
‑
15℃
的低温环境；
[0008]所述制冰装置包括硅胶盛具
、
圆筒盛具
、
顶盖
、
底座
、
保温层
、
保温盖，所述硅胶盛具为上方开口的圆柱形容器结构，其设置于底座上；所述圆筒盛具为上下开口的圆形管状结构，圆筒盛具的内径与硅胶盛具的外径相同，圆筒盛具与硅胶盛具的高度相同，圆筒盛具套设于硅胶盛具的外周，所述保温层包覆于圆筒盛具的外侧壁上，
[0009]所述顶盖设置于圆筒盛具的上方，顶盖上设有与硅胶盛具内腔连通的竖向的泄压通孔；所述保温盖设置于顶盖上
。
[0010]作为本专利技术技术方案的补充，所述制冰装置还包括螺栓
、
螺母，位于圆筒盛具外侧的顶盖上与底座上均设有通孔，所述螺栓穿过顶盖与底座上的通孔与螺母螺接，通过螺母与螺栓将顶盖与底座连接，通过螺栓实现顶盖与底座对硅胶盛具的夹持
。
[0011]作为本专利技术技术方案的补充，所述低温试验装置包括杜瓦瓶
、
自增压式液氮泵
、
液氮泵阀门
、
压力表
、
低温导管
、
保温圆筒，所述自增压式液氮泵通过管路与杜瓦瓶连接，自增压式液氮泵与杜瓦瓶连接的管路上设有液氮泵阀门以及压力表，所述低温导管用于将杜瓦瓶与箱体连通，低温导管入口与自增压式液氮泵连接，低温导管出口位于箱体的内部，
[0012]所述箱体的左侧壁及右侧壁上均设有杆孔，所述保温圆筒为圆形管状结构，保温圆筒设有两组且分别设置于箱体的左侧壁及右侧壁上，保温圆筒与杆孔连通，所述保温圆筒在远离箱体一侧的端部内周上设有保温棉，入射杆以及透射杆的端头依次穿过保温圆筒
、
杆孔伸入箱体内部；
[0013]所述箱体底部设有箱体升降支架，所述箱体升降支架能够调整箱体所处高度；所述箱体内部设有试样支架，所述试样支架包括底部支撑立柱
、
试样支撑立柱
、
调高旋钮，所述底部支撑调节管为圆形管状结构，试样支撑立柱的下部位于底部支撑调节管的管腔内，所述底部支撑调节管的侧壁上开设有螺孔，调高旋钮的端部旋入与底部支撑调节管上的螺孔内，顶靠于试样支撑立柱的侧壁上，所述试样支撑立柱的上端设有
V
形箱体升降支架，用于放置试样；
[0014]作为本专利技术技术方案的补充，所述箱体升降支架包括微调旋钮
、
固定支座
、
升降支座
、
导轨
、
转轴
、
升降旋转部件
、
升降支柱；
[0015]所述固定支座包括底部固定板
、
固定块
、
基座，所述固定块以及基座均设置于底部固定板上，所述固定块上设有用于微调旋钮穿过的螺纹通孔，微调旋钮螺接于固定块的螺纹通孔内，微调旋钮的端头穿过固定块上的螺纹通孔位于固定块的后侧，通过旋转微调旋钮调整微调旋钮的端头从螺纹通孔内的伸出长度；
[0016]所述升降支座包括滑座顶板
、
滑座，所述滑座顶板设置于滑座的上端且滑座顶板与箱体固定连接，所述滑座设置于基座的一侧且滑座与基座相贴合设置，滑座与基座之间设有导轨；
[0017]所述升降旋转部件包括第一支臂
、
第二支臂
、
环形圈，所述环形圈为环形结构，第一支臂与第二支臂长度方向的一端与环形圈的外周连接；所述固定支座的基座上设有转轴，所述升降旋转部件通过其环形圈套设于转轴上且可相对于转轴转动，所述升降旋转部件位于固定支座的固定块的后侧，微调旋钮的端头与升降旋转部件的第一支臂相接触；所述升降支座的滑座顶板的下端面上设有升降支柱，所述升降支柱位于升降旋转部件的第二支臂的上方，通过微调旋钮的端头推动升降旋转部件的第一支臂使升降旋转部件旋转，使第二支臂向上翻转并顶起滑座顶板上的升降支柱，带动升降支座沿导轨向上运动
。
[0018]作为本专利技术技术方案的补充，所述箱体为由上盖板<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统，包括霍普金森杆试验装置，所述霍普金森杆试验装置包括入射杆
(301)、
透射杆
(302)
，其特征在于，还包括：制冰装置
(1)
，所述制冰装置
(1)
用于制备无气泡圆柱纯冰；低温试验装置
(2)
，所述低温试验装置
(2)
用于将无气泡圆柱纯冰固定于霍普金森杆试验装置的入射杆
(301)
及透射杆
(302)
之间，并为无气泡圆柱纯冰
、
入射杆
(301)
及透射杆
(302)
提供
‑
25℃
～
‑
15℃
的低温环境；所述制冰装置
(1)
包括硅胶盛具
(101)、
圆筒盛具
(102)、
顶盖
(103)、
底座
(104)、
保温层
(105)、
保温盖
(106)
，所述硅胶盛具
(101)
为上方开口的圆柱形容器结构，其设置于底座
(104)
上；所述圆筒盛具
(102)
为上下开口的圆形管状结构，圆筒盛具
(102)
的内径与硅胶盛具
(101)
的外径相同，圆筒盛具
(102)
与硅胶盛具
(101)
的高度相同，圆筒盛具
(102)
套设于硅胶盛具
(101)
的外周，所述保温层
(105)
包覆于圆筒盛具
(102)
的外侧壁上，所述顶盖
(103)
设置于圆筒盛具
(102)
的上方，顶盖
(103)
上设有与硅胶盛具
(101)
内腔连通的竖向的泄压通孔
(107)
；所述保温盖
(106)
设置于顶盖
(103)
上
。2.
根据权利要求1所述的一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统，其特征在于，所述制冰装置
(1)
还包括螺栓
(108)、
螺母
(109)
，位于圆筒盛具
(102)
外侧的顶盖
(103)
上与底座
(104)
上均设有通孔，所述螺栓
(108)
穿过顶盖
(103)
与底座
(104)
上的通孔与螺母
(109)
螺接，通过螺母
(109)
与螺栓
(108)
将顶盖
(103)
与底座
(104)
连接，通过螺栓
(108)
实现顶盖
(103)
与底座
(104)
对硅胶盛具
(101)
的夹持
。3.
根据权利要求1所述的一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统，其特征在于，所述低温试验装置
(2)
包括杜瓦瓶
(201)、
自增压式液氮泵
(202)、
液氮泵阀门
(203)、
压力表
(204)、
低温导管
(205)、
保温圆筒
(240)
，所述自增压式液氮泵
(202)
通过管路与杜瓦瓶
(201)
连接，自增压式液氮泵
(202)
与杜瓦瓶
(201)
连接的管路上设有液氮泵阀门
(203)
以及压力表
(204)
，所述低温导管
(205)
用于将杜瓦瓶
(201)
与箱体
(206)
连通，低温导管
(205)
入口与自增压式液氮泵
(202)
连接，低温导管
(205)
出口位于箱体
(206)
的内部，所述箱体
(206)
的左侧壁及右侧壁上均设有杆孔
(223)
，所述保温圆筒
(240)
为圆形管状结构，保温圆筒
(240)
设有两组且分别设置于箱体
(206)
的左侧壁及右侧壁上，保温圆筒
(240)
与杆孔
(223)
连通，所述保温圆筒
(240)
在远离箱体
(206)
一侧的端部内周上设有保温棉，入射杆
(301)
以及透射杆
(302)
的端头依次穿过保温圆筒
(240)、
杆孔
(223)
伸入箱体内部；所述箱体
(206)
底部设有箱体升降支架
(207)
，所述箱体升降支架
(207)
能够调整箱体
(206)
所处高度；所述箱体
(206)
内部设有试样支架
(208)
，所述试样支架
(208)
包括底部支撑立柱
(209)、
试样支撑立柱
(210)、
调高旋钮
(211)
，所述底部支撑调节管为圆形管状结构，试样支撑立柱
(210)
的下部位于底部支撑调节管的管腔内，所述底部支撑调节管的侧壁上开设有螺孔，调高旋钮
(211)
的端部旋入与底部支撑调节管上的螺孔内，顶靠于试样支撑立柱
(210)
的侧壁上，所述试样支撑立柱
(210)
的上端设有
V
形箱体升降支架
(207)
，用于放置试样
。4.
根据权利要求3所述的一种应用于霍普金森杆试验的低温试验系统，其特征在于，所述箱体升降支架
(207)
包括微调旋钮
(234)、
固定支座
(225)、
升降支座
(226)、
导轨
(227)、
转轴
(228)、
升降旋转部件
(229)、
升降支柱
(230)
；
所述固定支座
(225)
包括底部固定板
(231)、
固定块
(232)、
基座
(233)
，所述固定块
(232)
以及基座
(233)
均设置于底部固定板
(231)
上，所述固定块
(232)
上设有用于微调旋钮
(234)
穿过的螺纹通孔，微调旋钮
(234)
螺接于固定块
(232)
的螺纹通孔内，微调旋钮
(234)
的端头穿过固定块
(232)
上的螺纹通孔位于固定块
(232)
的后侧，通过旋转微调旋钮
(234)
调整微调旋钮
(234)
的端头从螺纹通孔内的伸出长度；所述升降支座
(226)
包括滑座顶板
(238)、
滑座
(239)
，所述滑座顶板
(238)
设置于滑座
(239)
的上端且滑座顶板
(238)
与箱体固定连接，所述滑座
(239)
设置于基座
(233)
的一侧且滑座
(239)
与基座
(233)
相贴合设置，滑座
(239)
与基座
(233)
之间设有导轨
(227)
；所述升降旋转部件
(229)
包括第一支臂
(235)、
第二支臂
(236)、
环形圈
(237)
，所述环形圈
(237)
为环形结构，第一支臂
(235)
与第二支臂
(236)
长度方向的一端与环形圈
(237)
的外周连接；所述固定支座
(225)
的基座
(233)
上设有转轴
(228)
，所述升降旋转部件
(229)
通过其环形圈

【专利技术属性】
技术研发人员：牛雷雷，朱万成，骆柯，赵蔚，侯晨，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：