[发明专利]一种高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置及方法

权利要求书

1.一种高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，所述装置包括：应力场加载装置、温度场加载装置；

应力场加载装置包括颗粒夹持器、上部加载部件、下部加载部件，颗粒夹持器用以夹持待测试的胶结颗粒试样，待测试的胶结颗粒试样有两个、呈竖直上下设置，上部加载部件、下部加载部件用于向胶结颗粒试样施加加载力；

温度场加载装置包括高温环境箱，高温环境箱内设有空腔，空腔内设置应力场加载装置，高温环境箱内壁上设有加热系统、温度传感器，加热系统、温度传感器与外部的温度控制器、外置电源相连，温度控制器控制加热系统工作。

2.根据权利要求1所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，所述的颗粒夹持器包括竖直部分、连接杆和锁定扣，每个胶结颗粒试样对应设置至少两个竖直部分，竖直部分通过连接杆联合在一起，上方胶结颗粒试样对应的竖直部分的上端平面设有旋扭力施力凹槽，上部加载部件通过旋扭力施力凹槽与竖直部分连接；每个竖直部分的侧面设有剪切力施力凹槽；下方胶结颗粒试样对应的竖直部分的侧面设有弯扭力施力凹槽；每个胶结颗粒试样对应设置的竖直部分相向一侧水平设有锁定扣。

3.根据权利要求2所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，剪切力施力凹槽的中心位于与胶结颗粒试样球心的水平延长线上。

4.根据权利要求2所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，同一竖直部分上的弯扭力施力凹槽位于剪切力施力凹槽的竖直下方，弯扭力施力凹槽的数量为至少两个，优选三个。

5.根据权利要求2所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，所述的应力场加载装置还包括上辅助加载楔块、下辅助加载楔块、滚柱，上部加载部件的竖直截面为T形台，T形台的水平部设有凸起、凸起与竖直部分连接，T形台的垂直部与上辅助加载楔块连接；下部加载部件表面、下辅助加载楔块底面均设有弧形凹槽，弧形凹槽内设有滚柱，下部加载部件通过滚柱连接下辅助加载楔块；上辅助加载楔块、下辅助加载楔块均设有凹球面，凹球面用于贴合胶结颗粒试样；所述的滚柱用于辅助加载垂向载荷、剪切载荷以及弯矩载荷。

6.根据权利要求5所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，上辅助加载楔块的顶面设有方形凹槽，上部加载部件通过方形凹槽与上辅助加载楔块相契合。

7.根据权利要求1所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，加热系统为热电阻丝，热电阻丝缠绕于高温环境箱内表面。

8.根据权利要求1所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，测试装置还包括数据采集处理装置，所述的数据采集处理装置是由数据采集传感器、控制信号发生器单元、信号转换单元、信号传递单元、伺服放大器组成的闭环控制回路，与液压万能试验机配套连接，数据采集处理装置内通过24位A/D转换通道互连，所述的数据采集处理装置与液压万能试验机的PC机数据连接。

9.根据权利要求8所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置，其特征在于，液压万能试验机的PC机通过I/O接口与温度控制器相连接。

10.一种利用权利要求1-9任意一项权利要求所述的高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置的试验方法，步骤包括：

步骤1，安装胶结颗粒试样；将制作好的胶结颗粒试样安装到应力场加载装置中，调整胶结颗粒试样位置，保持上下两颗球体位于垂直方向，利用颗粒夹持器紧固固定胶结颗粒试样；

步骤2，安装辅助加载楔块；分别将上辅助加载楔块、下辅助加载楔块与上下两颗胶结颗粒试样相连接，将凹球面部分与胶结颗粒试样的球体表面贴合；

步骤3，安装加载部件；将上部加载部件安装到应力场加载装置中，将上部加载部件T形台水平部的凸起插入旋扭力施力凹槽中，上部加载部件与上辅助加载楔块相契合；将滚柱安装在下辅助加载楔块与下部加载部件中间，上述完成后将力场加载装置放置到液压万能试验机上；

步骤4，安装温度场加载装置；首先把温度传感器固定在高温环境箱内部壁面上，然后将热电阻丝均匀紧贴环布高温环境箱内部，绕开温度传感器，将整套温度场加载装置安装在应力场加载装置外围，通过I/O接口与液压万能试验机的PC机相连接，并通电检查温度场加载装置能否正常工作；

步骤5，检测数据采集处理装置工作状态；确保液压万能试验机的测量传感器与应力场加载装置应力或应变位置正确接触，并确保PC机能够正常运行测控软件和数据处理软件；测量传感器包括压力传感器、位移传感器、变形引伸计；

步骤6，检查所有装置连接准确无误后，开启温度控制器、外置电源、PC机、测量传感器、伺服阀、伺服放大器；

步骤7，从PC机显示屏上观察温度值变化情况，当温度达到100摄氏度时，在PC机端调节加热系统的功率使高温环境箱内温度达到稳定；

步骤8，进行压缩、剪切、弯转、扭转力学载荷加载试验，在PC机导出抗压、抗剪、抗弯、抗扭强度数据以及应力—应变关系、弯矩—转角关系、扭矩—转角关系；

步骤9，断开电源，使高温环境箱内部及胶结颗粒试样表面温度降至室温后，取走温度场加载装置，拆卸应力场加载装置，取下胶结颗粒试样。