[发明专利]三轴六向霍普金森压杆的动静载荷同步伺服控制系统

说明书

本发明提供了三轴六向霍普金森压杆的动静载荷同步伺服控制系统，方形杆由自润滑方形杆固定和支撑架固定，方形杆与中心立方体方箱于方形开口实现对中连接；围压加载液压油缸和围压加载作动器与围压加载框串联组合，电磁脉冲激发腔放置在围压加载框内，且与方形杆的入射端自由且紧密的贴合，围压加载框与凸台串联连接，凸台安置于方形杆入射端。凸台的设置可实现给测试试样施加静态围压后还能保证霍普金森压杆入射端为自由端，解决了传统动静组合霍普金森杆系统施加静态预应力后，无法保证霍普金森入射杆和透射杆端部处于自由状态的问题，从而为后续施加电磁激发应力脉冲以及原位保压条件下的超声波测试提供测试条件。

技术领域

本发明涉及岩石、混凝土、聚合物等材料的动态力学性能测试，尤其涉及基于霍普金森杆动静组合加载条件下材料的力学性能测试系统。

背景技术

现有的岩石、混凝土等材料的动力学试验装置有一维霍普金森杆、动静组合加载三轴霍普金森杆、一维霍普金森束杆、基于真三轴静载的岩石霍普金森杆。基于霍普金森杆装置的对岩石、混凝土等材料动力学特性的研究方法，加载方式最初只有一维冲击加载，然后有预加静态围压的一维冲击加载。

在复杂的工程问题中，岩石、混凝土等材料经常受到多向冲击荷载或者三向不等的地应力，并且岩石、混凝土等材料受到的双轴或者三轴冲击荷载可能是各向同时加载也可能是各向差分延时的(例如爆破过程中的毫秒延时爆破)。目前国内外对岩石、混凝土等材料在冲击加载下的动力学特性的研究装置只能实现单向和环向等围压的动静组合加载。专利号为201620574575.9的实用新型介绍了一种真三轴霍普金森压杆装置，该装置给岩石类试样同时施加三向静态预应力(三个主方向的应力满足：σ₁≠σ₂≠σ₃)后，并对试样进行单向冲击加载，可实现预加静态真三轴应力状态下岩石类试样的单向冲击加载。然而单向冲击加载的三轴霍普金森杆测试无法真实的反映岩石、混凝土等材料多向同时或者延时冲击加载的动态力学行为，这是现有装置急需攻克的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现真三轴超高静态和动态载荷同步加载，并实现测试过程中围压的伺服控制的三轴六向霍普金森压杆的动静载荷同步伺服控制系统。

三轴六向霍普金森压杆的动静载荷同步伺服控制系统的动静载荷同步伺服控制装置包括凸台、挡板、围压加载液压油缸与围压加载框。凸台是该装置的创新要点。三轴六向霍普金森杆系统的每个方向均为单轴双向液压加载系统，单轴双向液压加载系统置于支撑平台上，中心支撑平台上放置中心立方体方箱，中心立方体方箱的六个面分别预留方形孔和观察孔，方形孔中放置X、Y、Z方向的方形杆，方形杆上靠近入射应力波加载端的一侧均设置一个凸台，凸台离方形杆入射应力波加载端的距离可为方形杆长度的3％至7％，凸台的长度可为方形杆长度的1.5％至4％，凸台的直径可为方形杆横截面边长的1.5至2.5倍。以X₊方向为例，打开高压油管，通过进油口给X₊向围压加载液压油缸2充油，推动X₊向围压加载作动器4向前运动，并与X₊向围压加载框7接触；继续施加油压推动X₊向围压加载作动器4向前移动，将轴向压力通过凸台8传递至X₊方向方形杆10，进而作用到立方体试样64上，使其受到精准静态围压。同理，Y、Z方向静态围压加载原理与X方向相同。待X、Y、Z三向围压施加完毕后，即可通过放置于方形杆入射端的电磁脉冲激发腔对试样施加动态应力脉冲。动态冲击加载过程，利用伺服液压控制系统中的精密位移传感器和精密压力传感器，将冲击过程中方形杆的位移信号和压力信号传输至围压加载系统的工控机实现对加载油缸的位移和加载力大小的精准控制，从而保证测试试样动态冲击加载过程静态围压始终维持在一相对稳定的应力值，实现静态围压伺服控制。