[发明专利]圆形结构面环向剪切部件及环向剪切试验装置

说明书

本发明提供一种圆形结构面环向剪切部件及环向剪切试验装置，环向剪切部件为活动可拆卸的，包括由同轴心的自内而外环向设置的传动底盘、旋转底盘以及固定底盘组成的底盘；传动底盘设有传动轴连接孔，传动底盘固定在旋转底盘上，旋转底盘设置在固定底盘上并能相对于固定底盘旋转；还包括，以传动底盘作为内部限位部件与第一活动元件安装固定在旋转底盘上组成的第一剪切盒；以及紧贴第一剪切盒外周由第二活动元件安装在固定底盘上组成的第二剪切盒；在外部传动电机的驱动下，第一剪切盒能相对于第二剪切盒旋转，产生环向剪切。本发明能应用于圆形结构面环向剪切力学响应试验，其剪切盒的形状灵活性大，能适用于不同尺寸的待测试样。

技术领域

本发明涉及环向剪切试验装置技术领域，涉及一种环向剪切部件及环向剪切试验装置，具体涉及一种圆形结构面环向剪切部件及环向剪切试验装置，尤其涉及一种适用于不同工程基体圆形接触界面剪切特性试验的剪切面为圆形结构面、剪切方向为接触界面环向的环向剪切部件及环向剪切试验装置。

背景技术

在科学技术迅猛发展的今天，无论是从宏观角度还是从微观角度来看，界面问题都已经变得无处不在，已成为科研和工程技术人员必须逾越的技术难题之一。从宏观角度，各类材料及材料的结合部，如管道与土体的接触界面、桩基与土体的接触界面、各类柱结构与其他材料的接触界面、薄膜涂层材料的涂层界面、传动零部件之间的机械作用界面、功能器件与承载构件的结合界面、复合材料层合板的层间等，对材料或结构整体的承载能力、效率、使用寿命、可靠性等有十分重要的影响；从微观角度，纤维与基体材料等的界面、晶粒界面、颗粒增强体与基体的界面、介在物与基体的界面等的力学行为，对先进材料的性能设计与开发及其结构寿命的精确评价等具有重要意义。

由于材料接触面相对于材料基体来说属于薄弱结构层，所以绝大多数部件的损伤与破坏发生或起源于界面，传动系统中的能量损耗也主要是由于界面处的摩擦引起。随着科学技术的迅猛发展，各类功能材料、复合材料等先进材料的工业应用范围不断扩大，不同基体间接触界面的力学特性，越来越受到人们的关注和重视。针对材料界面的宏观剪切力学特性，国内外学者已发明了很多剪切方法和试验装置，但这些剪切试验装置，多数是为了简化材料模型，将材料界面视为平面结构进行直接剪切。

如：专利文献CN110044726A公开一种适用于土岩接触面环剪仪试验系统，可模拟土质滑体沿结构面在岩质滑床发生的渐进性破坏行为，包括上剪切盒和下剪切盒，旋转平台可拆卸连接下剪切盒，上剪切盒内设有孔隙水压力传感器。其公开的时剪切部件及环剪仪，其能实现的并不是沿着材料的圆形结构面的环向剪切，而是上、下剪切盒的水平接触面的剪切，实际上还是一种平面结构的直接剪切。专利文献CN110987660A公开一种环剪试验装置，其公开的剪切部件包括第一剪切盒、第二剪切盒，剪切时第一剪切盒固定不动、第二剪切盒转动，在环形旋转剪切土样中，水平面的剪切变形随半径变化，可模拟不同荷载及变形情况下的接触面强度关系，可以同时得到剪切位移-剪切应力关系以及剪切位移-法向位移关系。其也不能实现圆形结构面的环向剪切。

而在实际工程中，如管道、桩、柱等结构与其他材料的接触界面通常为圆形结构面；在部分对于圆形结构面的研究中，由于加载方式的约束，主要针对圆形结构面的纵向剪切力学特性进行研究，而材料圆形结构面在实际工程中往往受到纵向和环向的双重影响，仅从纵向角度难以反映界面的真实力学特性。因此，针对圆形结构面环向剪切特性研发新的试验装置及试验方法具有重要工程意义。因此，亟待研发一种适用于剪切面为圆形结构面、剪切方向为接触界面环向的环向剪切部件及环向剪切试验装置。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种圆形结构面环向剪切部件及环向剪切试验装置，其应用于圆形结构面环向剪切力学响应试验，以适应圆形结构面环向剪切的模拟研究。该环向剪切部件的形状具有较大灵活性，能够准确获得材料的力学参数和材料界面粘结滑移性能力学参数，有助于管道、桩基、柱等圆形结构面的环向剪切力学机理的研究。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：