用于巴西劈裂試驗的多角度加載壓頭系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種試驗系統，尤其是涉及巴西劈裂試驗的壓頭系統。
【背景技術】
[0002]巴西圓盤劈裂試驗即巴西試驗(Brazilian test)，在巖石力學與工程中的應用非常廣泛，通常用于測量巖石的抗拉強度、彈性模量和斷裂韌度等。實驗室試驗是進行科學研究、發現問題的一種重要手段，然而，在實驗室里進行巴西圓盤劈裂試驗的過程中，由于試驗受多種條件和因素的影響，如壓板與巴西盤之間的墊板(條)剛度、強度的大小及墊板的尺寸、形狀等，所得結果通常不能獲取分析問題所需的足夠信息，甚至不能反映問題的本質，這就限制了這一研究方法的進一步發展和應用。
[0003]現實生活中工程結構不可避免地承受拉應力，工程材料特別是脆性材料的抗拉強度是衡量安全性能的基礎參數之一，對于結構設計與預防脆性破壞具有重要意義。受限于直接拉伸試驗的操作復雜，巴西劈裂試驗已經成為一種各領域廣泛應用的測試拉伸強度的重要方法，也是國際巖石力學學會(ISRM)所建議的間接拉伸強度測試方法之一。然而，加載壓頭的幾何形式與荷載類型對巴西劈裂試驗結果影響很大。目前，ISRM推薦使用半徑約為40.5mm的弧形壓頭施加線荷載，但是由于加載過程中試件不斷變形，導致加載處接觸面積不斷增大，無法保證恒定的線荷載加載。此時，采用多角度面接觸施加不同形式的荷載研究巴西劈裂十分必要，對探索所測拉伸強度及最終劈裂破壞形態同樣具有重要意義。
[0004]現有技術中的壓頭只能以特定角度的面接觸實現單一加載，難以實現線荷載加載，也無法研究壓頭形式對巴西劈裂試驗的影響，從而難以評估所測間接抗拉強度的可靠性。因此，需要一種可以實現多角度面接觸加載的壓頭系統，探討巴西圓盤劈裂強度可靠性的同時，又能研究不同形式加載對劈裂破壞形態與所測拉伸強度的影響。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是為了克服現有技術的壓頭在進行巴西劈裂試驗時只能以特定角度的面接觸實現單一加載，而難以實現線荷載加載的缺點，提供一種用于巴西劈裂試驗的多角度加載壓頭系統，該壓頭系統在進行巴西劈裂試驗時能夠快速定位試件并且多個角度接觸施加不同形式的面荷載。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:用于巴西劈裂試驗的多角度加載壓頭系統，包括上部臺座、下部臺座、加載壓頭、定位支架、活動支座及螺桿；所述上部臺座上設置有第一導軌槽，第一導軌槽兩側對稱設置有若干個支柱，所述下部臺座上設置有第二導軌槽以及與支柱相適配的盲孔，所述第二導軌槽的位置與第一導軌槽的位置相對應，所述加載壓頭包括第一加載壓頭和第二加載壓頭，加載壓頭的結構包括弧形加載部及底座，弧形加載部的頂面為內凹曲面，第一加載壓頭的弧形加載部和第二加載壓頭的弧形加載部分別與巴西劈裂試驗中的巴西圓盤試件相匹配，使得巴西圓盤試件能夠夾持在兩個弧形加載部之間，第一加載壓頭的底座與第一導軌槽相適配，第二加載壓頭的底座與第二導軌槽相適配，定位支架呈L形，包括定位部及用于固定定位支架的固定部，固定部上設置有通孔，定位部外側面用于限定加載壓頭位置，活動支座包括第一活動支座及第二活動支座，所述第一活動支座及第二活動支座分別與第一導軌槽及第二導軌槽相匹配，活動支座的頂部設有螺紋孔，通過螺桿及活動支座將定位支架固定到第一導軌槽或第二導軌槽中。
[0007]具體的，所述第一導軌槽為T型母槽，其位于上部臺座中心位置，且沿上部臺座長邊方向設置；第二導軌槽為T型母槽，其位于下部臺座中心位置，且沿下部臺座長邊方向設置；相應的，活動支座的橫截面呈T形。
[0008]進一步的，所述上部臺座上沿第一導軌槽的外側設有刻度尺，下部臺座上沿第二導軌槽外側設有刻度尺。
[0009]進一步的，所述弧形加載部包括若干個緊密相接的子部，所述加載壓頭為整體加工，然后根據加載角度需要分割成若干子部。
[0010]優選的，弧形加載部側面設有角度刻度尺。
[0011]具體的，所述加載壓頭的頂面最高處與定位支架的定位部最高位置在同一平面。
[0012]優選的，所述定位支架的通孔為螺紋孔，該螺紋孔的直徑比活動支座的螺紋孔直徑大1mm。
[0013]優選的，所述第一導軌槽及第二導軌槽的橫截面的底部長度比活動支座的底部長度長1mm。
[0014]優選的，所述活動支座頂端與定位支架的固定部底部之間的距離為I?5mm。
[0015]具體的，所述壓頭系統的材質為滲碳鋼20CrMnTi。
[0016]本發明的有益效果是:結構簡單，易于操作，能夠準確定位巴西圓盤，與巴西圓盤試件進行多弧度接觸，有效保證巴西圓盤試件承受的豎向加載，并提高試驗操作效率。此夕卜，可以根據試驗方案選擇不同角度的面接觸或線接觸加載，對于評估所測間接抗拉強度的可靠性具有重要意義。本發明適用于進行巴西劈裂試驗，其原理同樣適用于三點彎曲試驗等斷裂測試試驗。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的正視圖；
[0018]圖2是本發明的側視圖；
[0019]圖3是本發明在進行巴西劈裂試驗時的結構示意圖；
[0020]圖4是本發明上部臺座的結構示意圖；
[0021]圖5是本發明下部臺座的結構示意圖；
[0022]圖6是本發明加載壓頭的示意圖；
[0023]圖7是本發明定位支架及螺桿的結構示意圖；
[0024]圖8是本發明活動支座的示意圖；
[0025]其中，I為上部臺座，11為第一導軌槽，12為支柱，13為刻度尺，2為下部臺座，21為第二導軌槽，22為盲孔，3為加載壓頭，31為弧形加載部，32為底座，33為角度刻度尺，34為子部，4為定位支架，5為活動支座，6為螺桿，7為巴西圓盤。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖，詳細描述本發明的技術方案。
[0027]如圖1?3所示，本發明的用于巴西劈裂試驗的多角度加載壓頭系統，包括上部臺座1、下部臺座2、加載壓頭3、定位支架4、活動支座5及螺桿6。
[0028]如圖4和5所示，所述上部臺座1上設置有第一導軌槽11，第一導軌槽11兩側對稱設置有若干個支柱12。所述支柱12為四個，分別位于第一臺座主體10四個角部。支柱12的長度根據巴西圓盤試件尺寸確定，用于支撐上部臺座位置并確保巴西圓盤試件豎向加載。所述下部臺座2上設置有第二導軌槽21以及與支柱12相適配的盲孔22，所述第二導軌槽21的位置與第一導軌槽11的位置相對應。第二導軌槽的結構可以與第一導軌槽的結構一樣，也可以不一樣，只要能起到對定位支架、活動支座等部件進行限位固定作用就可以。優選的是，第二導軌槽和第一導軌槽一樣，上下臺座都是對稱的，上面對應的定位部、活動支座也是完全一致。所述上部臺座1上沿第一導軌槽11的外側設有刻度尺13，下部臺座2上沿第二導軌槽21外側設有刻度尺13，刻度尺13的作用是引導定位支架4固定加載壓頭3。可以只在第一導軌槽11的單邊外側或雙邊外側設置刻度尺，也可以只在第二導軌槽21內側或外側設置，為了便于操作者觀察刻度讀數，所述刻度尺設置在上述導軌槽外側，為了使得準確定位，在第一導軌槽11的外側及第二導軌槽21的外側都設有刻度尺。所述刻度尺13可以是一個單獨的量尺，也可以是直接設置在上部臺座1或下部臺座2上的刻度線以形成簡易刻度尺。每次試驗中可以根據上部臺座1兩側的刻度尺確定加載壓頭3及定位支架4的位置，便于試驗人員操作。所述上部臺座與下部臺座的底座及導軌凹槽基本尺寸相同，以便在操作過程中更好地進行匹配。
[0029]如圖6所示，所述加載壓頭3為整體加工，隨后根據加載所需的接觸角度切割成多個子部34，而后將若干個子部緊密連接形成弧形加載部，圖6中縱向線即為子部的輪廓線。因為半徑要保持一致，因此需要整體加工，分開加工達不到半徑一致的效果，而后再切割成子部34，然后根據實際情況進行組裝，形成所需要的弧形加載部。所述加載壓頭3包括第一加載壓頭和第二加載壓頭兩個加載壓頭，所述加載壓頭3的結構包括弧形加載部31及底座32，弧形加載部31的頂面為內凹曲面，第一加載壓頭的弧形加載部31和第二加載壓頭的弧形加載部31分別與巴西劈裂試驗中的巴西圓盤試件相匹配，具體而言，即弧形加載部31的半徑及厚度根據巴西圓盤尺寸確定，如此則可以將巴西圓盤試件夾持在兩個加載壓頭的弧形加載部31中。具體實施例中，常用的半徑為25mm，厚度為25mm。第一加載壓頭的底座32與第一導軌槽11相適配，第二加載壓頭的底座32與第二導軌槽21相適配。弧