專利名稱：一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種物理模擬實驗加載設(shè)備，尤其涉及一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
柔性加載水囊系統(tǒng)是三維物理模擬實驗加載的關(guān)鍵設(shè)備。目前三維物理模擬實驗加載一般采用剛性加載法，即采用分級傳力塊(普通鋼軌)或在液壓油缸下面鋪設(shè)鋼板的方式把需要模擬的巖層重量通過液壓加載到模擬材料上，整個模擬材料上上表面承受的壓力不是均布荷載，尤其在模擬煤層開米時，上部模擬巖層在局部塌陷的情況下均布加載米用目前的加載方式更不可能。

實用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型提出一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)，包括水囊、水壓加載裝置、應(yīng)變測量裝置和控制裝置，其特征在于所述水囊包括膠囊和注水管，所述膠囊由硫化橡膠制成，基本為長方體，膠囊的內(nèi)部具有空腔，所述膠囊的上表面的中部設(shè)有注水孔，所述注水孔與所述空腔相通，所述注水管固定設(shè)置在所述注水孔中，所述注水管與所述注水孔連接處密封處理；所述水壓加載裝置包括柱塞泵、穩(wěn)壓器、緩沖器、流量控制模塊、壓力控制模塊和安全閥，所述柱塞泵通過所述穩(wěn)壓器和所述緩沖器連接所述注水管，用于向所述膠囊中注水，所述柱塞泵連接所述注水管的通路上設(shè)置所述流量控制模塊和壓力控制模塊，用于控制注水的流量和壓力，所述安全閥連接在所述柱塞泵上，當注水壓力超過所述柱塞泵的額定壓力時放水卸壓；所述應(yīng)變測量裝置包括多個應(yīng)變片，所述應(yīng)變片固定設(shè)置在所述膠囊的外表面上，用于檢測所述膠囊的注水時的變形；所述控制裝置包括控制器、伺服液壓裝置和顯示器，所述控制器連接所述流量控制模塊、壓力控制模塊和應(yīng)變測量裝置，采集注水流量、注水壓力和膠囊應(yīng)變數(shù)值并通過所述顯示器顯示，所述伺服液壓裝置連接所述控制器和所述水壓加載裝置中的柱塞泵，其在所述控制器的控制下根據(jù)需要定量驅(qū)動所述柱塞泵，以實現(xiàn)定量注水。本實用新型的優(yōu)點在于使用硫化橡膠制成的膠囊進行加壓，壓力加載均勻，膠囊內(nèi)部壓力處處相等，作用在試樣表面上的力是均勻的，可以從均勻加載的研究非均勻、非連續(xù)介質(zhì)的動力響應(yīng)規(guī)律，在平面應(yīng)變條件下研究柔性荷載作用下各向同性巖土體的動力響應(yīng)問題；使用伺服液壓裝置進行注水加壓控制，通過控制器的控制，可實現(xiàn)任意量的精確注水；控制器實時監(jiān)測注水壓力和流量，可以隨時調(diào)節(jié)注水參數(shù)，便于進行不同類型的模擬實驗。

[0007]附圖I為本實用新型所述三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)中水囊的剖視圖；附圖2為本實用新型所述三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)中水囊的正視圖。附圖標記如下I-膠囊；2-空腔；3-注水管。
具體實施方式
一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)，包括水囊、水壓加載裝置、應(yīng)變測量裝置和控制裝置。參見附圖1-2，水囊為壓力加載的執(zhí)行器件，包括膠囊和注水管，膠囊由硫化橡膠制成,基本為長方體,長方體四周倒角以避免磨損并提高整體的強度,膠囊的內(nèi)部為空腔，膠囊的上表面的中部中心位置設(shè)有注水孔，注水孔與空腔相連通，注水管為管狀結(jié)構(gòu)，其通過底部的卡子固定設(shè)置在注水孔中，注水管的頭部露出膠囊的上表面，為防止漏水，注水管與注水孔和膠囊表面的連接處要密封處理，如添加密封膠墊、注膠密封等； 水壓加載裝置包括柱塞泵、穩(wěn)壓器、緩沖器、流量控制模塊、壓力控制模塊和安全閥，柱塞泵通過穩(wěn)壓器和緩沖器連接注水管，以向膠囊中注水加壓，柱塞泵、穩(wěn)壓器和緩沖器選用市面上常用的型號即可，柱塞泵連接注水管的通路上設(shè)置流量控制模塊和壓力控制模塊，用于控制注水的流量和壓力，優(yōu)選流量控制模塊和壓力控制模塊中分別設(shè)置流量傳感器和壓力傳感器，其連接控制裝置，向控制裝置傳輸注水流量和注水壓力，安全閥連接在柱塞泵或注水通路的任意位置上，當注水壓力超過柱塞泵的額定壓力時，放水卸壓；應(yīng)變測量裝置包括多個應(yīng)變片，應(yīng)變片固定設(shè)置在膠囊的外表面上，包括上表面、下表面和側(cè)面，用于檢測膠囊的注水時的變形，其一方面可以測量得到膠囊中的實際壓力，以作為進行壓力加載實驗時加載壓力的一個測量參數(shù)，另一方面也隨時監(jiān)測膠囊的變形，避免壓力加載過大撐破膠囊；控制裝置包括控制器、伺服液壓裝置和顯示器，控制器可以選用計算機、PLC或其它控制元件，其連接流量控制模塊、壓力控制模塊和應(yīng)變測量裝置，采集注水流量、注水壓力和膠囊應(yīng)變數(shù)值并通過輸出到顯示器顯示，并通過操作人員的指令驅(qū)動流量控制模塊和壓力控制模塊調(diào)節(jié)注水流量和注水壓力，或根據(jù)注水流量、注水壓力驅(qū)動流量控制模塊和壓力控制模塊自動調(diào)節(jié)注水流量和注水壓力，伺服液壓裝置一端連接控制器，另一端連接水壓加載裝置中的柱塞泵，其在控制器的控制下根據(jù)需要由控制器發(fā)出的定量的脈沖信號驅(qū)動產(chǎn)生定量位移，并進而定量驅(qū)動柱塞泵，以實現(xiàn)定量注水。三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)的注水加壓實驗方法如下柔性將加載水囊系統(tǒng)中的水囊放置在實驗臺的試件上方，通過固定裝置固定；根據(jù)實驗所需的壓力，向控制器發(fā)出控制指令，開始注水；注水過程中，隨時監(jiān)測注水流量和注水壓力，通過調(diào)節(jié)伺服液壓裝置控制注水流量和注水壓力，使其平穩(wěn)注水；控制器記錄膠囊上各應(yīng)變片的應(yīng)變值，并與試件的狀態(tài)，如試件的各個加載時段的照片等相對照，得出各應(yīng)變值，即加載壓力值下，試件的變形、裂隙情況。以上所述，僅為本實用新型專利較佳的具體實施方式
，但本實用新型專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型專利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型專利的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)，包括水囊、水壓加載裝置、應(yīng)變測量裝置和控制裝置，其特征在干 所述水囊包括膠囊和注水管，所述膠囊由硫化橡膠制成，基本為長方體，膠囊的內(nèi)部具有空腔，所述膠囊的上表面的中部設(shè)有注水孔，所述注水孔與所述空腔相通，所述注水管固定設(shè)置在所述注水孔中，所述注水管與所述注水孔連接處密封處理； 所述水壓加載裝置包括柱塞泵、穩(wěn)壓器、緩沖器、流量控制模塊、壓カ控制模塊和安全閥，所述柱塞泵通過所述穩(wěn)壓器和所述緩沖器連接所述注水管，用于向所述膠囊中注水，所述柱塞泵連接所述注水管的通路上設(shè)置所述流量控制模塊和壓カ控制模塊，用于控制注水的流量和壓力，所述安全閥連接在所述柱塞泵上，當注水壓カ超過所述柱塞泵的額定壓カ時放水卸壓； 所述應(yīng)變測量裝置包括多個應(yīng)變片，所述應(yīng)變片固定設(shè)置在所述膠囊的外表面上，用于檢測所述膠囊的注水時的變形； 所述控制裝置包括控制器、伺服液壓裝置和顯示器，所述控制器連接所述流量控制模塊、壓カ控制模塊和應(yīng)變測量裝置，采集注水流量、注水壓カ和膠囊應(yīng)變數(shù)值并通過所述顯示器顯示，所述伺服液壓裝置連接所述控制器和所述水壓加載裝置中的柱塞泵，其在所述控制器的控制下根據(jù)需要定量驅(qū)動所述柱塞泵，以實現(xiàn)定量注水。
專利摘要一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統(tǒng)，包括水囊、水壓加載裝置、應(yīng)變測量裝置和控制裝置，所述水囊包括膠囊和注水管，所述水壓加載裝置包括柱塞泵、穩(wěn)壓器、緩沖器、流量控制模塊、壓力控制模塊和安全閥，所述應(yīng)變測量裝置包括多個應(yīng)變片，所述控制裝置包括控制器、伺服液壓裝置和顯示器。本實用新型可在平面應(yīng)變條件下研究柔性荷載作用下各向同性巖土體的動力響應(yīng)問題。
文檔編號E21B43/26GK202471674SQ201220029159
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月30日
發(fā)明者史俊偉, 孫熙鎮(zhèn), 張新國, 李楊楊, 江興元, 江寧, 江貝, 郭惟嘉, 魏中舉 申請人:山東科技大學(xué)