[发明专利]一种适用于纳米压痕仪的三点弯加载装置

说明书

本发明公开了一种适用于纳米压痕仪的三点弯加载装置，包括承载装置、作动装置和带缺口的试样；承载装置包括侧立板、固定端板、承压底板和定位端板，均设有螺栓孔，侧立板和端板之间彼此用两排紧固螺栓固定，侧立板侧面设有螺纹通孔，紧固螺杆旋转穿过通孔固定实现对缺口试样的校准定位，承压底板上铺设有导轨并设有竖直限位轴承；作动装置包括作动千斤顶、可换压头、可移动加载台座和固定加载台座；加载台座设有“T”型插槽，可换压头插入插槽固定且内侧设有尖端与试样相接触。本发明基于纳米压痕表征技术和纳米压痕仪，提供了配套的适用于微小试样的加载装置，为研究材料裂纹尖端塑性区的力学参量提供了有效的试验设备基础。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验设备技术领域，具体涉及一种适用于微纳米力学测试系统、与纳米压痕仪配套的岩样三点弯加载装置。

背景技术

岩石的弹性模量、断裂韧性等力学参数对研究岩石压裂改造时的复杂缝网形成和延伸规律，以及开展勘探和进行钻井、隧道工程设计都具有重要意义。传统宏观力学参数测试方法对岩石试样尺寸和完整性都有较高要求，但因为岩石本身物理化学性质的不稳定性，以及弱层节理面或天然裂缝的发育，使得取心质量难以保证。而且传统力学实验测试方法价格昂贵、周期较长、数据离散性较大，工程价值有限；因此，寻求高效、简单且可靠的力学参数测试方法和手段一直是岩石力学与工程领域的热点关注问题。

三点弯曲试验在涉及材料裂隙扩展断裂的研究和实践中，常常被国内外学者用来讨论材料裂纹的萌生、扩展、断裂问题。但对于裂纹尖端塑性区的形态表征和力学特性一直缺乏可靠的参量测量技术。寻找一种合适的方法能够克服传统实验方法的局限性，来表征岩石裂纹尖端的力学特性对科学研究和工程应用都有很大的用处。

压痕测量作为极具发展前途的微纳米尺度力学测试技术，相比传统的宏观力学破坏性试验，纳米压痕测量仪提供了大范围载荷和高分辨力的无损测试，拓宽了材料行为的测量范围；可测量硬度、弹性模量、断裂韧性、粘弹特性等，极大地降低了对岩石试样质量和尺寸的要求。同时岩石作为多相材料，其组成矿物的特征和性质各不相同，内部微裂纹的孕育、扩展和贯通是影响岩石宏观变形破环的主要细观力学因素；因此研究岩石的微观结构、矿物成分特征及其微观力学特征，有助于更好地分析岩石的宏观变形破坏特征。但由于载荷手段限制，常规压痕测量环境较为简单，不能模拟岩石复杂应力状态下的真实力学特性。目前，在压痕测量仪上也没有比较完善的实验装置设计能够兼具同时对岩石试样进行加载和细观力学测量。因此，本发明拟提供一种适用于纳米压痕仪的三点弯加载装置，能够实现对岩石试样进行加载，并基于纳米压痕技术能够实现对材料拉应力区域及裂纹尖端塑性区力学特性的测量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种适用于纳米压痕仪的三点弯加载装置，包括承载装置、作动装置和带缺口的试样，所述的承载装置包括相对设置的第一侧立板、第二侧立板，位于两块侧立板两端的固定端板和定位端板，和位于底部的承压底板；所述第一侧立板和第二侧立板的相对的外侧面在同一水平高度均设有通孔且孔内壁设有螺纹，第一调节紧固螺杆穿过第一侧立板设置的螺栓通孔，第二调节紧固螺杆穿过第二侧立板设置的螺栓通孔，带缺口的试样固定在第一调节紧固螺杆和第二调节紧固螺杆之间，通过调节第一调节紧固螺杆和第二调节紧固螺杆进行校准固定，承压底板上表面铺设有导轨，导轨上设有竖直限位轴承；

所述的作动装置包括作动千斤顶、第一可换压头、第二可换压头、可移动加载台座和固定加载台座；固定加载台座设在固定端板的内侧且设置有“T”型插槽，可移动加载台座设置有“T”型插槽且通过竖直限位轴承铺设在导轨上，第一可换压头和第二可换压头分别承插在固定加载台座和可移动加载台座的“T”型插槽上，定位端板中心设有圆形承接口，作动千斤顶通过圆形承接口与油缸连接，并由密闭垫环封装密封；所述的油缸通过三通连接管、截止阀分别连接有手动泵和高精密控制泵。

所述第一侧立板、第二侧立板和固定端板、定位端板之间彼此用两排紧固螺栓固定。