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专利号: 2018109687328
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-04-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征其在于:它包括支撑台(4),所述支撑台(4)上支撑放置有模拟岩石试样(5),所述模拟岩石试样(5)内部混入有磁粉材料(2),所述模拟岩石试样(5)的内部布置有多个电磁铁组(1),在模拟岩石试样(5)的外表面或者内部设置有多个电磁铁板(8),所述电磁铁板(8)和电磁铁组(1)都通过导线(6)与控制台(3)相连;所述模拟岩石试样(5)的内部布置有应力片(10),所述应力片(10)通过信号线与控制台(3)相连;所述支撑台(4)内部安装有磁场监控装置(13);所述模拟岩石试样(5)与声波探测器(9)相连。

2.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述磁粉材料(2)采用具有磁性的材料制成,并制作成小颗粒;其颗粒大小和颗粒外形结构根据模拟的岩石调整,进而改变磁力大小和方向,模拟岩石在不同层面、不同区块所受到的不同应力。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述磁粉材料(2)搅拌在混凝土中,制成模拟岩石试样(5),所述模拟岩石试样(5)中各层、各区块的磁粉密度、磁粉种类可在制作过程中调节,模拟岩石各层、各区块的不同物理力学性质。

4.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述控制台(3)内部安装有计算机,所述电磁铁板(8)和电磁铁组(1)通过电源(7)进行供电,并通过计算机精确调控电流大小及改变电流方向,所述计算机与显示器相连,所述控制台(3)上设置有用于屏蔽电磁干扰的电磁屏蔽罩,所述计算机安装有电磁铁虚拟仿真软件Ansoft Maxwell。

5.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:每两个所述电磁铁板(8),在磁极相同的情况下两磁板相互排斥,该排斥力作用于模拟岩石试样(5)可视为作用于模拟岩石试样(5)整体和电磁铁板(8)所在面的拉力;

在磁极相反的情况下两磁极相互吸引,该情况下磁力作用于模拟岩石试样(5)可视为作用于模拟岩石试样(5)上电磁铁板(8)所在面的压力。

6.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述电磁铁板(8)的电流强度和方向,由控制台(3)控制并可瞬间内完成,增强→中断→改变电流方向,这一过程,可模拟爆破工程中的岩石受到空气挤压、压力瞬间卸除,瞬间完成加载至卸载的破坏模式。

7.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述电磁铁组(1)中的各电磁铁模块数量、线圈匝数、铁芯材料和电流强度均不受限制;电磁铁组(1)和电磁铁板(8)能够同属布置于模拟岩石试样(5)的表面或内部;提供更复杂的磁场,模拟较为复杂的应力情况。

8.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述支撑台(4)采用非磁性材料制成,不与电磁铁组(1)、磁粉材料(2)和电磁铁板(8)之间产生磁力作用,所述支撑台(4)的支撑腿可以伸缩,调整高度;当桌面高度高于模拟岩石试样(5)高度时,在桌面放置电磁铁板(8),通过磁力使模拟岩石试样(5)悬浮;其临空状态可模拟原岩石在临空状态下的应力状态。

9.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述磁场监控装置(13)用于监测模拟岩石试样(5)内部的磁场分布情况,并将数据传输给控制台(3),由控制台(3)的计算机处理数据,并由控制台(3)将磁场分布情况通过磁感线表示,并由图像呈现在显示器上;

所述声波探测器(9)能够发射声波和接收反射声波,并将反射声波处理为声波信号,探测对象为模拟式样(5),在实验过程中不断向模拟试样(5)发射声波,声波在接触到向模拟试样(5)内部不同位置时,反射声波会根据模拟试样(5)内部破坏情况产生改变,从而定位破坏位置,探测出实验过程中模拟式样(5)各层、各区块的破坏情况,将反射声波接收并转为探测信号传输给控制台(3),由计算机处理信号,将结果由图像呈现,实时观察到向模拟试样(5)内部的破坏点、最先破坏位置等破坏情况;

所述声波探测器(9)在实验之前探测岩石试样的内部构造与密度,为制作模拟岩石试样(5)提供依据;在模拟岩石试样(5)制作完成后探测模拟岩石试样(5)的内部构造与密度,与原岩石试样进行比对,提高模拟岩石试样(5)的还原度,降低实验误差。

10.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置,其特征在于:所述应力片(10)在实验过程中反映其所在位置的应力大小,通过与控制台(3)的电磁铁虚拟仿真软件Ansoft Maxwell计算结果比对后可微调所施加的应力,使施加在模拟岩石试样(5)上的磁力更加精确;

所述模拟岩石试样(5)采用模具(12)制作而成,所述模具(12)由不具磁性的钢材制成上部开口、四周和底部密封的模具,在模具(12)内部需要涂油;

所述模拟岩石试样(5)由下至上分层、分区块浇筑填充磁粉材料(2)的混凝土,模拟岩石试样(5)中的层面和区块用塑料挡板控制,并在混凝土即将凝固前取出,使模拟岩石试样(5)形成一个整体;

所述模拟岩石试样(5)制作材料用填充磁粉材料(2)的混凝土,也可在其中掺入适量的原岩材质。