[实用新型]一种小角散射研究煤岩材料纳观压剪扭装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及小角散射原位压剪扭领域，尤其涉及一种小角散射研究煤岩材料纳观压剪扭装置。

背景技术

纳米材料力学性能事关其力学及微观孔隙结构变化响应特征。纳米材料弹塑性条件下内部纳米尺度微观孔隙结构改变是煤岩材料损伤的开始，材料损伤一直是科学与工程界讨论的焦点。现有煤岩材料测试系统都是从宏观尺度的破坏入手，基于宏观破坏后的大尺度裂缝来表征煤岩体破坏过程，之后进行数值模拟重构，而这些数值模拟软件在图像过滤噪声消除及图像分割处理后，只能表征大尺度的样品破坏形态特征，无法获得纳米尺度下煤岩体损伤变化特征。煤岩体的拉伸破坏必然涉及内部非均质孔隙结构的位移、错位、滑动响应，孔形态发生改变，纳米孔隙数量及大小也会发生变化。而现有煤岩材料测试系统无法获得纳米尺度下动态拉伸过程孔隙结构变化，载荷作用下煤岩纳观结构对应的力学模型首先需建立在大量的观测实践上，常规的实验分析方法显然已经不能满足要求。因此迫切需要一种成本低，操作简便、体积小的用于测试煤岩材料压缩、剪切、扭转条件下纳米尺度孔隙结构变化实验装置，来揭示纳米尺度材料损伤过程，提高微观孔隙结构变化定量化表征研究能力。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提出一种小角散射研究煤岩材料纳观压剪扭装置，通过微型伺服第一电机、行星齿轮箱、磁电式编码器、螺母旋转式丝杠、滚珠式螺母滑块、导轨、固定端、压力传感器、多通道采集端、LabVIEW虚拟仪器数据采集系统、卡套、螺钉、应变片、加载端、微型伺服第二电机、扭转微型伺服第三电机进行有序组合，所述微型伺服第一电机通过驱动行星齿轮箱进而实现螺母旋转式丝杠运传动，所述螺母旋转式丝杠与滚珠式螺母滑块滚动接触，所述加载端在微型伺服电机驱动作用下滚珠式螺母滑块带动卡套沿着导轨向固定端进给，所述卡套通过螺钉与滚珠式螺母滑块固定一体，并且卡套与固定端通过各自具有的两种不同类型切口使得待研究煤岩样品固于其上进行压缩、剪切、扭转实验。达到在中子小角散射和X射线小角散射的透射下测试纳米尺度固体煤岩材料动态压缩(剪切)过程中纳米孔隙结构变化特征的目的。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种小角散射研究煤岩材料纳观压剪扭装置，包括:

微型伺服第一电机(1)、行星齿轮箱(2)、磁电式编码器(3)、螺母旋转式丝杠(4)、滚珠式螺母滑块(5)、导轨(6)、固定端(7)、压力传感器(8)、多通道采集端(9)、LabVIEW 虚拟仪器数据采集系统(10)、卡套(11)、螺钉(12)、应变片(13)、加载端(14)、微型伺服第二电机(15)、扭转微型伺服第三电机(16)，所述微型伺服电机(1)通过驱动行星齿轮箱(2)进而实现螺母旋转式丝杠(3)传动，所述螺母旋转式丝杠(4)与滚珠式螺母滑块(5)滚动接触，所述加载端(14)在微型伺服第一电机(1)和微型伺服第二电机(15)驱动作用下滚珠式螺母滑块(5)带动卡套(11)沿着导轨(6)向固定端(7)进给，所述卡套(11)通过螺钉(12)与滚珠式螺母滑块(5)固定一体，并且卡套(11)与固定端(7)通过各自具有的两种不同类型切口使得待研究煤岩样品固于其上进行压缩、剪切、扭转实验。

优选地，所述微型伺服电机其与行星齿轮箱连接传动带动两个螺母旋转式丝杠转动，螺母旋转式丝杠的转动进而带动滚珠式螺母滑块沿导轨平动促使通过螺钉固与其上的卡套进行一维平动。

优选地，所述卡套具有一个狭缝，长×宽×高为30mm×1.5mm×30mm，矩形煤岩薄板呈竖直状卡入卡套中并与卡套进行耦合连接进而进行压缩实验；卡套具有另外一个斜槽，尺寸同为长×宽×高为30mm×1.5mm×30mm，将矩形薄板成竖直状卡入卡套中耦合连接进而进行剪切实验。将矩形煤岩薄板呈竖直状卡入卡套并与卡套进行耦合连接，启动扭转微型伺服第三电机，通过控制电机转速进行不同速率下扭转实验。

优选地，该装置采用计算机测控领域先进的LabVIEW虚拟仪器软件作为开发平台，将微型伺服电机控制系统、压力传感器的载荷、压缩产生的位移形变、压缩速度、煤岩表面应变片进行在线数据监测与采集，通过反馈调节实现同步控制与数据集成采集。

与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：