[发明专利]一种微小颗粒试样破碎过程研究实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种微小颗粒试样破碎过程研究实验装置，用作非金属微小颗粒试样的单轴压缩破碎实验，以测定其破碎强度和过程，其特征在于，由设置在机架(2)上的驱动电机(1)通过联轴器(3)与转动丝杠(4)联动以驱动滑台(6)沿导柱(5)上下移动构成直线施压机构；压头(10)通过设置在驱动滑台(6)上的夹头(9)固定，与砧板(12)配合构成对待测试样(11)的法向加载；砧板下设置有压力传感器(13)；置于转动丝杠(4)底端设置有编码器(15)，驱动滑台(6)上设置有监测驱动滑台与导柱竖向位移的激光位移传感器(8)；编码器(15)在电机驱动丝杠转动过程中连续产生脉冲信号作为激光位移传感器(8)和压力传感器(14)的外部触发信号，使加载过程中的压力、位移模拟量信号被同步采集汇入PLC数据采集模块；由置于砧板附近的便携式显微镜(16)和高速显微摄像机(17)构成了实验中试样破碎过程的监测记录系统。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：监测记录系统在砧板(12)所在平面上X、Y方向各布置有显微镜(16)，用来在实验前拍摄试样图像并测量不规则试样在X、Y、Z三个维度的粒径，在待测试样(11)所在平面上X方向另一侧布置有高速显微摄像机(17)，用来记录整个试样从受压到破碎过程中的实时显微图像。

3.根据权利要求1或2所述的实验装置的实验方法，其特征在于，压头(10)和砧板(12)的材料根据实验目的选用，常规测试中使用高硬度的合金钢；实验步骤如下：

(1)准备待测试样并根据实验目的对试样进行分组，每组准备试样数量50-200颗；

(2)每组实验开始前使用显微镜拍摄测试样在X、Y方向的显微图像，并分别在X、Y方向测量试样宽和高度值lx、hx与ly、hy；按照d＝3/(1/lx+1/ly+2/(hx+hy))计算颗粒等效粒径；

(3)启动驱动电机(1)以设定的加载速度对待测试样进行压缩直至试样破碎，压力传感器和激光位移传感器在外部触发模式下自动采集实验过程中的压力、位移信号，高速显微摄像机记录试样从受压到破碎的整个过程；

(4)停止实验后，收集压头和砧板上的试样破碎碎屑，使用采集的压力、位移信号绘制试样破碎过程中的力-位移曲线，根据力-位移曲线上的临界突变点确定试样的临界破碎力及临界破碎形变，对试样破碎过程中的力-位移曲线进行数值积分计算试样的破碎功，根据高速显微摄像机(17)的摄像分析试样破碎过程中的形态演变；

(5)重复实验，直到完成待测试样的全部样本实验，拟合计算待测试样的破碎强度、破碎功，另外还可对试样的破碎类型、试样破碎过程中造成的砧板/压头材料表面损伤、破碎试样的粒径分布进行研究。