1.多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,包括试验框架(1)、设置在试验框架(1)内部的水平位移加载装置和竖直位移加载装置以及设置在试验框架(1)外部的冲击扰动装置;
竖直位移加载装置用于放置试验的多层试样并对试样施加竖直方向的加载力;
水平位移加载装置数量为多个且上下间隔设置在试验框架(1)的两侧壁之间,每个水平位移加载装置均包括加载杆(13)和支撑杆(16),试验的多层试样位于对应的水平位移加载装置的加载杆(13)和支撑杆(16)之间,上下相邻的两个水平位移加载装置用于向对应的试样施加方向相反的水平加载力,试验框架(1)的侧壁上设置有用于供支撑杆(16)滑动的轴向空腔(22),水平位移加载装置位于试验框架(1)内部轴向空腔(22)的延伸方向上;
冲击扰动装置的数量与水平位移加载装置数量一致,冲击扰动装置包括冲击杆(23)和施力机构,冲击杆(23)设置在试验框架(1)外部轴向空腔(22)的延伸方向上,冲击杆(23)的下方设置有用于支撑冲击杆(23)的滚轮支座(24),冲击杆(23)的直径小于轴向空腔(22)的内径,冲击杆(23)相背于轴向空腔(22)的一侧设有施力机构,施力机构用于推动冲击杆(23)向轴向空腔(22)运动以撞击对应的支撑杆(16),进而对试样施加冲击力。
2.根据权利要求1所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,施力机构包括导轨(26)和重球(25),导轨(26)为弧形,导轨(26)的低端与冲击杆(23)相背于轴向空腔(22)的一端对应,导轨(26)的高端高于冲击杆(23),导轨(26)用于供重球(25)在重力作用下从导轨(26)的高端沿导轨(26)滚下撞击冲击杆(23)。
3.根据权利要求1所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,竖直位移加载装置的下部为位移升降机构,位移升降机构的上部设置有试样支撑平台(9),试样支撑平台(9)的上表面设置有第一磁性滚轴(8),试验框架(1)顶板下部与位移升降机构对应的位置设置有第二压力传感器(2),第二压力传感器(2)下部设置有刚性垫板(3),刚性垫板(3)的下表面设置有第二磁性滚轴(4),第一磁性滚轴(8)和第二磁性滚轴(4)形成的空间用于放置试验的多层试样,竖直位移加载装置上设有用于测量试样竖直位移的第二激光位移计(17);
水平位移加载装置上的加载杆(13)远离试样的一端固定连接有蠕变液压加载油缸(11),蠕变液压加载油缸(11)固定设置在试验框架(1)的侧壁上,蠕变液压加载油缸(11)连接有并联蓄能装置(19),并联蓄能装置(19)用于向水平位移加载装置提供动力,从而分别控制每个水平位移加载装置的加载杆(13)工作,水平位移加载装置上还设有用于测量试样水平位移的第一激光位移计(12)。
4.根据权利要求2所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,弧形导轨(26)的圆心角大于0°小于90°。
5.根据权利要求2所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,重球(25)的直径为冲击杆(23)直径的1.5倍。
6.根据权利要求1所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,每个冲击杆(23)与对应支撑杆(16)的中心在同一条水平直线上。
7.根据权利要求1所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,冲击杆(23)上设置有光纤光栅和加速度传感器。
8.根据权利要求1至7中任一权利权利要求所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置,其特征在于,水平位移加载装置和冲击扰动装置的数量均为三个,从上向下依次是1号水平位移加载装置(5)、2号水平位移加载装置(6)和3号水平位移加载装置(7),与1号水平位移加载装置(5)配合使用的为1号冲击扰动装置,与2号水平位移加载装置(6)配合使用的为2号冲击扰动装置,与3号水平位移加载装置(7)配合使用的为3号冲击扰动装置。
9.根据权利要求8所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置的方法,其特征在于,该方法包括恒定剪切应力的应力松弛测试:首先,启动各个水平位移加载装置,直到各个水平位移加载装置在水平方向上的加载应力达到预定值;然后,以螺旋位移加载机构(10)作为位移升降机构对试样进行位移加载,达到预定应力值后停止螺旋位移加载机构(10)抬升;最后,打开工控机,记录Y、X方向应力和位移数据;
还包括多向剪切蠕变测试:首先,通过螺旋位移加载机构(10)对试样进行位移加载,达到预定应力值;然后,根据试验需要开启一个或多个水平位移加载装置,达到预定剪切应力后,通过所开启的水平位移加载装置确保剪切应力的稳定,打开工控机,记录Y、X方向应力和位移数据;最后,根据试验情况选择冲击扰动装置,使得冲击扰动装置穿过试验框架侧壁上的轴向空腔(22)撞击对应的水平位移加载装置,并在冲击扰动中通过工控机记录Y、X方向应力和位移数据。
10.根据权利要求9所述的多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置的方法,其特征在于,
恒定剪切应力的应力松弛测试包括以下操作步骤:
1)将试样放置在支撑平台的第一磁性滚轴(8)上,通过以螺旋位移加载机构(10)作为位移升降机构抬升试样支撑平台(9)和试样,使最上层试样的上表面与第二磁性滚轴(4)接触,第二压力传感器(2)在竖直方向上与刚性垫板(3)紧密的贴合,且每层试样的水平中心与对应加载杆(13)的水平中心在一条直线上;
2)启动各个水平位移加载装置,使各个水平位移加载装置上的加载杆(13)与相应的试样水平接触;
3)恒定剪切应力的应力松弛测试,启动各个水平位移加载装置,直到各个水平位移加载装置在水平方向上的加载应力达到预定值,启动螺旋位移加载机构(10)对试样进行位移加载,达到预定应力值后停止螺旋位移加载机构(10)抬升,打开工控机,记录Y、X方向应力和位移数据;
多向剪切蠕变测试包括以下操作步骤:
1)将试样放置在支撑平台的第一磁性滚轴(8)上,通过以螺旋位移加载机构(10)作为位移升降机构抬升试样支撑平台(9)和试样,使最上层试样的上表面与第二磁性滚轴(4)接触,第二压力传感器(2)在竖直方向上与刚性垫板(3)紧密的贴合,且每层试样的水平中心与对应加载杆(13)的水平中心在一条直线上;
2)启动各个水平位移加载装置,使各个水平位移加载装置上的加载杆(13)与相应的试样水平接触;
3)多向剪切蠕变测试,打开电机,让螺旋位移加载机构(10)对试样进行位移加载,达到预定应力值;
4)启动2号水平位移加载装置(6),达到预定剪切应力后,打开平流泵,使得并联蓄能装置(19)开始工作,打开工控机,长时间记录Y、X方向应力和位移数据;
5)单向冲击:将2号冲击扰动装置上的重球(25)放置在预定高度,松开重球(25),使得重球(25)沿着2号冲击扰动装置上的导轨(26)撞击对应的冲击杆(23),进而冲击杆(23)水平冲击2号水平位移加载装置(6)上的支撑杆(16),支撑杆(16)沿着该方向进行冲击剪切试样;多向冲击:将1号冲击扰动装置和3号冲击扰动装置上的重球(25)分别放置在预定高度,同时或依次松开重球(25),使得1号冲击扰动装置和3号冲击扰动装置上的重球(25)分别沿着1号冲击扰动装置和3号冲击扰动装置上的导轨(26)分别撞击对应的冲击杆(23),冲击杆(23)分别撞击对应的1号水平位移加载装置(5)的支撑杆(16)和3号水平位移加载装置(7)的支撑杆(16),进而沿着这些方向进行多向冲击剪切试样;
6)重复1)‑3)步骤,启动1号水平位移加载装置(5)和3号水平位移加载装置(7),达到预定剪切应力后,打开平流泵,使得并联蓄能装置(19)开始工作,打开工控机,长时间记录Y、X方向应力和位移数据;
7)将1号冲击扰动装置上的重球(25)放置预定高度,松开重球(25),使得重球(25)沿着
1号冲击扰动装置上的导轨(26)撞击对应的冲击杆(23),进而冲击杆(23)水平冲击1号水平位移加载装置(5)的支撑杆(16),进而沿着该方向进行冲击剪切试样;
8)重复1)‑3)步骤,启动1号水平位移加载装置(5),达到预定剪切应力后,打开平流泵,使得并联蓄能装置(19)开始工作,打开工控机,长时间记录Y、X方向应力和位移数据;
9)将3号冲击扰动装置上的重球(25)放置预定高度,松开重球(25),使得重球(25)沿着
3号冲击扰动装置上的导轨(26)撞击对应的冲击杆(23),进而冲击杆(23)水平冲击3号水平位移加载装置(7)的支撑杆(16),进而沿着该方向进行冲击剪切试样;
10)重复1)‑3)步骤,启动3号水平位移加载装置(7),达到预定剪切应力后,打开平流泵,使得并联蓄能装置(19)开始工作,打开工控机,长时间记录Y、X方向应力和位移数据;
11)将2号冲击扰动装置和3号冲击扰动装置上的重球(25)分别放置在预定高度,松开重球(25),使得重球(25)分别沿着2号冲击扰动装置和3号冲击扰动装置上的导轨(26)分别撞击对应的冲击杆(23),冲击杆(23)分别撞击对应的2号水平位移加载装置(6)的支撑杆(16)和3号水平位移加载装置(7)的支撑杆(16),进而两个重球(25)沿着各个方向进行冲击剪切试样。