本發(fā)明涉及一種巴西劈裂試驗(yàn)的模具，尤其是對(duì)圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試件施加線荷載的試驗(yàn)?zāi)＞摺?/p>

背景技術(shù)：

巴西劈裂試驗(yàn)在巖石力學(xué)與工程中的應(yīng)用非常廣泛，可以用來測(cè)量巖石的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和斷裂韌度等，由于該方法試件加工方便，試驗(yàn)簡單，是目前最常用的測(cè)定抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。

巴西劈裂試驗(yàn)原理是用一個(gè)直徑為d=50mm，長度為t=25±2mm的實(shí)心圓柱形試件，使它承受徑向壓縮荷載至破壞，按照布辛奈斯克半無限體上作用著集中力的解析解的疊加，可求得巖石的抗拉強(qiáng)度。本試驗(yàn)成功的關(guān)鍵是嚴(yán)格對(duì)中，防止試件承受偏心荷載，使用鋼絲墊條時(shí)，要求鋼絲墊條平行試件軸線，上,下兩鋼絲的連線為試件的直徑，保證破裂面通過試件的直徑。但是在實(shí)際試驗(yàn)中，很難達(dá)到上述要求。為了更準(zhǔn)確、方便的試驗(yàn)，國內(nèi)外采用的不同的實(shí)驗(yàn)方法，國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦優(yōu)先采用兩個(gè)圓弧形模具進(jìn)行加載，而國內(nèi)一般采用直接將圓柱試件放于壓力機(jī)承壓板上或在承壓板與試件之間加鋼絲墊條兩種方法進(jìn)行試驗(yàn)。

采用國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦的圓弧形模具加載方法，雖然可以實(shí)現(xiàn)較好的對(duì)中要求，盡可能的防止試件承受偏心荷載，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差，但是由于圓弧形模具與試件之間不是嚴(yán)格上的線接觸，測(cè)定軟弱巖石試樣時(shí)，可能對(duì)試驗(yàn)造成嚴(yán)重誤差。

目前，國內(nèi)做巴西劈裂試驗(yàn)的方法：一是直接將圓形試件放在壓力機(jī)上進(jìn)行加載，二是放在圓弧形的水平模具里進(jìn)行加載。這兩種方法存在以下幾方面的缺陷：

（1）適應(yīng)性弱，應(yīng)用范圍小。上述這兩種方法只適用于較硬的巖石試件，當(dāng)巖石試件較軟時(shí)，壓力機(jī)會(huì)把圓柱形試件最上端和最下端壓平，這時(shí)施加的不再是線載荷，對(duì)試驗(yàn)造成嚴(yán)重誤差。

（2）可操作性差，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。由于鋼絲與圓柱試件接觸為線接觸，并且試驗(yàn)要求鋼絲的連線為試件的直徑，所以安裝鋼絲比較困難，可操作性差。

（3）無保護(hù)裝置，當(dāng)試件突然發(fā)生破壞時(shí)易造成試件的飛散。

針對(duì)以上巴西劈裂試驗(yàn)所面臨的問題，巴西劈裂試驗(yàn)者亟需一種精確性高、適應(yīng)性廣、操作性強(qiáng)、安全方便的試驗(yàn)?zāi)＞摺?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種巴西劈裂試驗(yàn)的模具，以解決巴西劈裂試驗(yàn)中圓柱形試件施加嚴(yán)格對(duì)中的線荷載困難、安裝鋼絲麻煩、試驗(yàn)精確度低、試驗(yàn)的可操作性差的問題。

本發(fā)明提供的一種巴西劈裂試驗(yàn)的模具，包括水平護(hù)持夾具和豎直線性加載器；

所述水平護(hù)持夾具為方形結(jié)構(gòu)，包括左、右護(hù)持夾具，兩個(gè)部件左右對(duì)稱設(shè)置；左護(hù)持夾具的上、下端分別設(shè)有一塊磁鐵，磁鐵極性相同，磁鐵之間設(shè)有橡膠防護(hù)件；右護(hù)持夾具與左護(hù)持夾具扣合成一個(gè)整體，右護(hù)持夾具的上、下端分別設(shè)有異性磁極，與左護(hù)持夾具的對(duì)應(yīng)磁鐵相吸引；左、右護(hù)持夾具扣合的中心為兩個(gè)弧形組成的空腔，標(biāo)準(zhǔn)試件位于空腔的中心；標(biāo)準(zhǔn)試件的左、右兩個(gè)弧形面分別與橡膠防護(hù)件的弧形面接觸；水平護(hù)持夾具的上、下端分別設(shè)有上滑行槽和下滑行槽，上滑行槽內(nèi)設(shè)有上豎直線性加載器，下滑行槽內(nèi)設(shè)有下豎直線性加載器；

所述上豎直線性加載器和下豎直線性加載器呈上、下對(duì)稱設(shè)置；上豎直線性加載器的上部為長方體底座，下部為三棱柱，三棱柱的底端為弧形面；下豎直線性加載器的下部為長方體底座，上部為三棱柱，三棱柱的頂端為弧形面；上、下豎直線性加載器的兩個(gè)弧形面分別與標(biāo)準(zhǔn)試件的上、下表面接觸。

上述方案中，所述左、右護(hù)持夾具的兩個(gè)橡膠防護(hù)件與標(biāo)準(zhǔn)試件的接觸面是弧長為143.15mm、半徑為120mm的圓弧面；左、右護(hù)持夾具的上、下端中間位置設(shè)有厚度為28mm的等腰三角形滑行槽，滑行槽與水平面的夾角呈60°。

上述方案中，所述上、下豎直線性加載器的長方體底座與承壓板接觸，厚度為27mm的三棱柱體端部與標(biāo)準(zhǔn)試件接觸，長方體底座與三棱柱體為一整體，三棱柱體與標(biāo)準(zhǔn)試件接觸的一端是對(duì)應(yīng)圓半徑為2.5mm的弧形面。

上述方案中，所述磁鐵是帶開關(guān)的永磁鐵。

上述方案中，所述磁鐵是由線圈制成的電磁鐵。

本發(fā)明提供的巴西劈裂試驗(yàn)?zāi)＞撸伤阶o(hù)持夾具將標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行固定，豎直線性加載器通過滑行槽與水平護(hù)持夾具連接，對(duì)試件進(jìn)行加載。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的巴西劈裂試驗(yàn)?zāi)＞?，適用范圍廣，操作簡單方便，試驗(yàn)精度高，既保證了施加的線載荷通過試件圓心，且兩加載點(diǎn)連成直徑的試驗(yàn)要求，又減小了試件破壞的范圍，同時(shí)還對(duì)人和壓力機(jī)起到了保護(hù)作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明模具的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為下豎直線性加載器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為水平護(hù)持夾具的安裝示意圖。

圖4為試件加載時(shí)的平面圖。

圖5為試件加載被破壞的示意圖。

圖中：1、上豎直線性加載器；2、右護(hù)持夾具；3、左護(hù)持夾具；4、標(biāo)準(zhǔn)試件；5、下豎直線性加載器；6、上滑行槽；7、下滑行槽；8、底座；9、三棱柱；10、弧形面；11、上磁鐵；12、橡膠防護(hù)件；13、下磁鐵；14、左夾持弧面；15、右夾持弧面。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：

本實(shí)施例涉及一種巴西劈裂的試驗(yàn)?zāi)＞撸绕涫菍?duì)圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試件施加線荷載的試驗(yàn)?zāi)＞摺?/p>

如圖1、圖2所示，一種巴西劈裂試驗(yàn)的模具，包括水平護(hù)持夾具和豎直線性加載器；

所述水平護(hù)持夾具為方形結(jié)構(gòu)，包括左、右護(hù)持夾具，兩個(gè)部件左右對(duì)稱設(shè)置；左護(hù)持夾具3的上、下端分別設(shè)有一塊磁鐵：上磁鐵11和下磁鐵13，磁鐵極性相同，磁鐵之間設(shè)有橡膠防護(hù)件12；右護(hù)持夾具2與左護(hù)持夾具3扣合成一個(gè)整體，右護(hù)持夾具2的上、下端分別設(shè)有異性磁極，與左護(hù)持夾具3的對(duì)應(yīng)磁鐵相吸引；左、右護(hù)持夾具扣合的中心為兩個(gè)弧形組成的空腔，標(biāo)準(zhǔn)試件4位于空腔的中心；標(biāo)準(zhǔn)試件4的左、右兩個(gè)弧形面分別與橡膠防護(hù)件12的弧形面接觸；水平護(hù)持夾具的上、下端分別設(shè)有上滑行槽6和下滑行槽7，上滑行槽6內(nèi)設(shè)有上豎直線性加載器1，下滑行槽7內(nèi)設(shè)有下豎直線性加載器5；

所述上豎直線性加載器1和下豎直線性加載器5呈上、下對(duì)稱設(shè)置；上豎直線性加載器1的上部為長方體底座8，下部為三棱柱9，三棱柱9的底端為弧形面10；下豎直線性加載器5的下部為長方體底座8，上部為三棱柱9，三棱柱9的頂端為弧形面10；上、下豎直線性加載器的兩個(gè)弧形面分別與標(biāo)準(zhǔn)試件4的上、下表面接觸。

上述方案中，所述左、右護(hù)持夾具的兩個(gè)橡膠防護(hù)件12與標(biāo)準(zhǔn)試件4的接觸面是弧長為143.15mm、半徑為120mm的圓弧面；左、右護(hù)持夾具的上、下端中間位置設(shè)有厚度為28mm的三角形滑行槽，滑行槽與水平面的夾角呈60°。

上述方案中，所述上、下豎直線性加載器的長方體底座8與承壓板接觸，厚度為27mm的三棱柱9端部與標(biāo)準(zhǔn)試件4接觸，長方體底座8與三棱柱9為一整體，三棱柱9與標(biāo)準(zhǔn)試件4接觸的一端是對(duì)應(yīng)圓半徑為2.5mm的弧形面10。

圖1示出了巴西劈裂試驗(yàn)的模具整體圖。模具整體包括豎直線性加載器和水平護(hù)持夾具，其中豎直線性加載器包括上豎直線性加載器1、下豎直線性加載器5；水平護(hù)持夾具包括右護(hù)持夾具2、左護(hù)持夾具3。其中左、右護(hù)持夾具通過自身的磁力將標(biāo)準(zhǔn)試件4夾在中間進(jìn)行固定，上下豎直線性加載器分別通過上滑行槽6、下滑行槽7與水平護(hù)持夾具連在一起。

如圖2所示，為下豎直線性加載器立體圖。豎直線性加載器下由底座8、三棱柱9組成，三棱柱9的頂端為弧形面10，底座8和三棱柱9為一整體，整體用和試驗(yàn)機(jī)承壓板相同的鋼材制成，其中弧形面10對(duì)應(yīng)圓的直徑為5mm，與試驗(yàn)規(guī)定的鋼絲直徑相同，它的作用是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件施加線荷載。

本實(shí)施例對(duì)照附圖說明上述試驗(yàn)?zāi)＞叩募虞d過程：

如圖3所示，為水平護(hù)持夾具安裝立體圖。水平護(hù)持夾具由上磁鐵11、橡膠防護(hù)件12、下磁鐵13組成，磁鐵可以是由線圈制成的電磁鐵，也可以是帶開關(guān)的永磁鐵，這樣方便試驗(yàn)完成后模具的拆卸。橡膠防護(hù)件可以是天然橡膠，也可以是密度較高的硬橡膠。水平護(hù)持夾具的作用是：在加載時(shí)保證豎直線性加載器對(duì)試件施加嚴(yán)格對(duì)中的線載荷，在加載破壞時(shí)對(duì)周圍起到保護(hù)作用，同時(shí)防止試件飛散、便于破壞后試件碎片的收集。

將標(biāo)準(zhǔn)試件4放入左水平護(hù)持夾具3和右水平護(hù)持夾具2之間，接通電磁鐵的電源開關(guān)或者打開永磁鐵開關(guān)，在磁力作用下水平護(hù)持夾具將試件夾緊，這時(shí)要保證左右水平護(hù)持夾具的上下表面齊平，試件處于水平護(hù)持夾具中心位置且試件軸線與護(hù)持夾具的中心線同軸。

安裝好左、右護(hù)持夾具后，將上豎直線性加載器1、下豎直加載器5分別通過上滑行槽6、下滑行槽7與水平護(hù)持夾具相連接，將模具整體置于壓力機(jī)頂?shù)壮袎喊逯虚g位置，隨著壓力機(jī)頂?shù)壮袎喊宓目s進(jìn)，豎直線性加載器的豎直中心軸會(huì)自動(dòng)與兩水平護(hù)持模具對(duì)稱中心軸重合，且在豎直線性加載器與試件接觸前，水平護(hù)持夾具一直處于緊閉狀態(tài)。

如圖4所示，為豎直線性加載器與標(biāo)準(zhǔn)試件剛剛接觸，豎直線性加載器正要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行加載時(shí)的過渡平面圖。在豎直線性加載器的弧形面分別與標(biāo)準(zhǔn)試件的上表面、下表面接觸的同時(shí)，在豎直力的作用下水平護(hù)持夾具左夾持弧面14、右夾持弧面15分別與標(biāo)準(zhǔn)試件左表面、右表面剛好分開。

如圖5所示，隨著豎直線性加載器對(duì)試件的加載，左護(hù)持夾具3、右護(hù)持夾具2分開距離逐漸增大，在磁力作用下水平護(hù)持夾具與豎直線性加載器吸在一起，水平護(hù)持夾具沿上滑行槽6、下滑行槽7發(fā)生相對(duì)移動(dòng)直至試件破壞，破壞時(shí)試件會(huì)沿豎直直徑破壞，此時(shí)左、右護(hù)持夾具會(huì)防止試件向兩側(cè)飛散，對(duì)人和壓力機(jī)起到保護(hù)作用，同時(shí)方便試驗(yàn)者收集破壞的試件碎屑。