一种真三轴霍普金森压杆试验装置

1.本技术涉及材料动态力学性能试验的试验装置领域，尤其涉及一种真三轴霍普金森压杆试验装置。


背景技术：

2.目前基于霍普金森压杆(shpb，split-hopkinson-pressure-bar)的各种改造改良装置几乎是国内外学者进行动态试验采用的通用设备。常规的霍普金森压杆(shpb)装置是通过突然释放高压气体驱动子弹高速撞击入射杆，撞击后分析在杆上产生的应力波进而求得样品的动态力学参数与性能。
3.对于油气开采、深地二氧化碳封存以及隧道开挖等地下工程来说，由于构造应力的作用，岩石往往处于三向不等应力的状态，也即真三轴应力状态。此外，工程实施过程中的开挖、钻孔等行为也会导致应力重分布并造成局部应力集中，周边的围岩应力状态同样为三向不等应力状态，即真三轴应力状态。因此，研究岩石在真三轴应力状态下的物理力学特性和破坏机理能够更加精确地解释和预测岩石在真实环境下的力学行为，并且可以给地下工程提供更加准确的指导。
4.目前对于岩石在真三轴应力状态下的物理力学特性和破坏机理研究大多为静态试验，然而由于受限于试验装置，岩石在真三轴应力状态下的动态试验研究则相对较少。现有技术中，真三轴霍普金森压杆试验装置在试验过程中普遍存在试样所处的应力状态复杂且不稳定的问题，影响试验结果的准确性。


技术实现要素：

5.针对现有技术中上述不足，本发明提供了一种真三轴霍普金森压杆试验装置，可以解决现有技术中的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种真三轴霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述装置包括入射杆、加载框架、悬吊机构、动态载荷加载机构、预加载机构、透射杆和底座；其中，
7.所述入射杆和所述透射杆可移动地设置在所述底座上，且所述入射杆、所述加载框架和所述透射杆沿第一方向依次设置；
8.所述悬吊机构与所述加载框架连接，用于将所述加载框架相对于所述底座悬挂设置；
9.所述预加载机构用于通过所述入射杆和所述透射杆从所述第一方向对方形试样施加载荷，以及通过所述加载框架从第二方向和第三方向对所述方形试样施加载荷；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直；
10.所述动态载荷加载机构用于向所述入射杆施加沿所述第一方向传播的冲击载荷，并使得所述入射杆、所述加载框架、所述方形试样和所述透射杆均相对于所述底座沿所述第一方向运动。
11.可选地，所述加载框架包括第一压杆、第二压杆、第三压杆、第四压杆、第五压杆和第六压杆；其中，
12.沿所述第一方向，所述第一压杆和所述第二压杆设置在所述入射杆和所述透射杆之间，所述第一压杆和所述第二压杆用于沿所述第一方向共同夹持所述方形试样；
13.所述第三压杆和所述第四压杆分别与所述预加载机构连接，用于沿所述第二方向共同夹持所述方形试样；
14.所述第五压杆和所述第六压杆分别与所述预加载机构连接，用于沿所述第三方向共同夹持所述方形试样。
15.可选地，利用所述装置对所述方形试样进行试验时，所述入射杆、所述第一压杆、所述方形试样、所述第二压杆和所述透射杆沿所述第一方向的轴线重合。
16.可选地，沿所述第一方向，所述入射杆、所述第一压杆、所述方形试样、所述第二压杆和所述透射杆的横截面形状和尺寸均相同。
17.可选地，所述悬吊机构包括第一钩环、第二钩环、连接绳索和固定件；所述第一钩环设置在所述第一压杆上，所述第二钩环设置在所述第二压杆上；所述连接绳索的两端分别连接所述第一钩环和所述第二钩环，所述连接绳索的中部连接在所述固定件上。
18.可选地，沿所述第一方向，所述第一钩环设置在所述第一压杆的长度中点处，所述第二钩环设置在所述第二压杆的长度中点处。
19.可选地，利用所述装置对所述方形试样进行试验时，所述第三压杆、所述第四压杆、所述第五压杆、所述第六压杆与所述方形试样之间均夹设有硅胶垫，且所述硅胶垫均贴合于所述方形试样。
20.可选地，沿垂直于所述硅胶垫与所述方形试样贴合面的方向，所述硅胶垫与所述方形试样的横截面尺寸相同，且所述硅胶垫的厚度为所述方形试样厚度的比值范围为0.1-0.2。
21.可选地，所述加载框架还包括框体，所述第一压杆、所述第二压杆、所述第三压杆、所述第四压杆、所述第五压杆和所述第六压杆均安装在所述框体上；所述框体与所述第一压杆、所述第二压杆、所述第三压杆、所述第四压杆、所述第五压杆和所述第六压杆共同围合形成加载仓。
22.可选地，所述加载框架还包括设置在所述框体上的加热器，所述加热器用于对所述框体进行加热。
23.可选地，所述装置还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器和所述加热器均与所述控制器电连接；所述温度传感器设置在所述加载仓中，用于检测所述加载仓中的温度。
24.可选地，所述框体上设有连通所述加载仓和所述框体外部的排气孔。
25.可选地，所述排气孔的横截面为圆形，且所述排气孔的出口位于所述框体的中部。
26.可选地，所述框体包括12个横截面为l形的围合板，每个所述围合板的l形外表面均与相邻的所述围合板的l形外表面垂直。
27.可选地，全部所述围合板的形状和尺寸均相同，所述方形试样为正方体。
28.可选地，所述围合板的l形横截面的边长与所述方形试样的厚度比值范围为2-3，所述围合板的宽度与所述方形试样的厚度比值范围为1-1.5，所述围合板的厚度与所述方
形试样的厚度比值范围为1/3-1/2。
29.可选地，全部所述围合板通过卯榫结构连接。
30.可选地，相邻的所述围合板通过连接件可拆卸连接。
31.可选地，所述装置还包括保温套，所述保温套套设在所述框体的外部。
32.可选地，所述保温套由气凝胶材料制成。
33.可选地，所述装置还包括用于施加渗透压的渗流加载机构；所述第一压杆上设有第一流道，所述第二压杆上设有第二流道，所述第一流道和所述第二流道的入口分别与所述渗流加载机构的出液口连通；
34.利用所述装置对所述方形试样进行试验时，所述第一流道和所述第二流道的出口分别贴合于所述方形试样沿所述第一方向相对的两侧。
35.可选地，所述装置还包括动量陷阱；沿所述第一方向，所述动量陷阱设置在所述入射杆和所述加载框架之间。
36.可选地，所述预加载机构包括压力控制器，以及分别与所述压力控制器电连接的第一加载组件、第二加载组件和第三加载组件；其中，所述第一加载组件用于在所述压力控制器的控制下，通过所述入射杆和所述透射杆从所述第一方向对方形试样施加载荷；所述第二加载组件用于在所述压力控制器的控制下，通过所述加载框架从第二方向对所述方形试样施加载荷；所述第三加载组件用于在所述压力控制器的控制下，通过所述加载框架从第三方向对所述方形试样施加载荷。
37.与现有技术相比，本发明公开的真三轴霍普金森压杆试验装置，包括入射杆、加载框架、悬吊机构、动态载荷加载机构、预加载机构、透射杆和底座；其中，入射杆和透射杆可移动地设置在底座上，且入射杆、加载框架和透射杆沿第一方向依次设置；悬吊机构与加载框架连接，用于将加载框架相对于底座悬挂设置；预加载机构用于通过入射杆和透射杆从第一方向对方形试样施加载荷，以及通过加载框架从第二方向和第三方向对方形试样施加载荷；第一方向、第二方向和第三方向相互垂直；动态载荷加载机构用于向入射杆施加沿第一方向传播的冲击载荷，并使得入射杆、加载框架、方形试样和透射杆均相对于底座沿第一方向运动。通过加载框架、悬吊机构、动态载荷加载机构和预加载机构的结构设计，不仅可实现对方形试样的真三轴静态加载和沿第一方向的动态加载，而且由于悬吊机构可以将方形试样和加载框架相对于底座悬挂设置，在试验过程中方形试样和加载框架在受到冲击载荷后，位置可相对于其他部件移动，从而使得方形试样所处的应力状态简单且稳定，有利于提高试验结果的准确性。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明实施例提供的一种真三轴霍普金森压杆试验装置俯视图；
40.图2为本发明实施例提供的一种真三轴霍普金森压杆试验装置正视图；
41.图3为本发明实施例提供的一种真三轴霍普金森压杆试验装置的局部爆炸图；
42.图4为本发明实施例提供的一种加载框架的第一角度剖视图；
43.图5为本发明实施例提供的另一种加载框架的第二角度剖视图；
44.图6为本发明实施例提供的另一种真三轴霍普金森压杆试验装置正视图。
45.附图标记说明：
46.100-入射杆，101-第一流道，102-第二流道，103-动量陷阱；
47.200-加载框架，201-第一压杆,202-第二压杆,203-第三压杆,204-第四压杆,205-第五压杆,206-第六压杆，207-框体，208-加载仓,209-硅胶垫,210-加热器，211-排气孔，212-围合板；
48.300-悬吊机构，301-第一钩环，302-第二钩环，303-连接绳索，304-固定件；
49.400-动态载荷加载机构；
50.500-预加载机构，501-压力控制器；
51.600-透射杆；
52.700-底座；
53.800-渗流加载机构；
54.a-方形试样；x-第一方向，y-第二方向，z-第三方向。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
57.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
58.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
60.参考图1-6，本发明实施例提供了一种真三轴霍普金森压杆试验装置，包括入射杆100、加载框架200、悬吊机构300、动态载荷加载机构400、预加载机构500、透射杆600和底座700。
61.其中，入射杆100和透射杆600可移动地设置在底座700上，且入射杆100、加载框架
200和透射杆600沿第一方向x依次设置。悬吊机构300与加载框架200连接，用于将加载框架200相对于底座700悬挂设置。
62.预加载机构500用于通过入射杆100和透射杆600从第一方向x对方形试样a施加载荷，以及通过加载框架200从第二方向y和第三方向z对方形试样a施加载荷；第一方向x、第二方向y和第三方向z相互垂直。
63.动态载荷加载机构400用于向入射杆100施加沿第一方向x传播的冲击载荷，并使得入射杆100、加载框架200、方形试样a和透射杆600均相对于底座700沿第一方向x运动。
64.本实施例中，入射杆100用于将预加载机构500所施加的载荷传递到方形试样a上，以及用于将动态载荷加载机构400所施加的冲击载荷传递到方形试样a上。其中，入射杆100可移动地设置在底座700上，具体安装方式不限，可根据实际应用需求进行合理选择。
65.本实施例中，加载框架200至少用于在试验过程中放置方形试样a，以及用于从第二方向y和第三方向z对方形试样a传递预加载机构500所施加的载荷。其中，加载框架200的具体形状不限，可根据实际应用需求进行合理选择，例如：加载框架200可以由至少三个压杆组装而成，并且在第一方向x、第二方向y和第三方向z中的每一个方向上设置至少一个压杆。
66.本实施例中，悬吊机构300用于将加载框架200相对于底座700悬挂设置。其中，悬吊机构300的具体结构组成和形状不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如：可以通过活动吊杆将加载框架200悬挂设置，还可以通过绳索将加载框架200悬挂设置，以及可以通过弹簧将加载框架200悬挂设置等。
67.本实施例中，动态载荷加载机构400用于向入射杆100施加沿第一方向x传播的冲击载荷，并使得入射杆100、加载框架200、方形试样a和透射杆600均相对于底座700沿第一方向x运动。其中，动态载荷加载机构400的具体结构及组成不限，可根据实际应用需求进行合理选择。
68.本实施例中，预加载机构500用于通过入射杆100和透射杆600从第一方向x对方形试样a施加载荷，以及通过加载框架200从第二方向y和第三方向z对方形试样a施加载荷。其中，预加载机构500的具体结构组成和形状不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如：预加载机构500用于从三个方向对方形试样a施加载荷的部分可以相连，也可以独立分开设置。
69.本实施例中，透射杆600用于将预加载机构500所施加的载荷传递到方形试样a上，并传递穿过方形试样a的冲击载荷。其中，透射杆600可移动地设置在底座700上。
70.本实施例中，底座700用于装配其他零部件，具体结构形式不限，只要能实现固定和支撑的功能，并且底座700的材料强度能够满足实验要求即可。
71.本实施例中，方形试样a的具体形状不限，可根据实际应用需求进行合理选择。其中，为了便于对方形试样a施加载荷，可优选方形试样a在第一方向x、第二方向y和第三方向z上均具有相对的两个平面。例如，方形试样a的形状可以为长方体或正方体。
72.本实施例中，利用真三轴霍普金森压杆试验装置进行试验时，首先，将方形试样a放入加载框架200内，通过悬吊机构300将加载框架200和方形试样a相对于底座700悬挂设置，并且沿第一方向x，将方形试样a设置在入射杆100和透射杆600之间；然后通过预加载机构500为方形试样a施加预设大小的载荷，其中，入射杆100和透射杆600从第一方向x对方形
试样a施加预设大小的载荷，加载框架200从第二方向y和第三方向z对方形试样a施加预设大小的载荷；最后，通过动态载荷加载机构400向入射杆100施加沿第一方向x传播的预设大小的冲击载荷，冲击载荷可沿入射杆100传递给方形试样a，方形试样a再将冲击载荷传递给透射杆600。在试验过程中，方形试样a和加载框架200在受到冲击载荷后，其位置可相对于其他部件移动，从而使得方形试样a所处的应力状态简单且稳定，有利于提高试验结果的准确性。
73.可选地，参考图3，为了便于从三个方向分别对方形试样a施加载荷，加载框架200包括第一压杆201、第二压杆202、第三压杆203、第四压杆204、第五压杆205和第六压杆206；其中，沿第一方向x，第一压杆201和第二压杆202设置在入射杆100和透射杆600之间，第一压杆201和第二压杆202用于沿第一方向x共同夹持方形试样a；第三压杆203和第四压杆204分别与预加载机构500连接，用于沿第二方向y共同夹持方形试样a；第五压杆205和第六压杆206分别与预加载机构500连接，用于沿第三方向z共同夹持方形试样a。
74.其中，第一压杆201和第二压杆202在入射杆100和透射杆600之间沿第一方向x共同夹持方形试样a并对方形试样a施加载荷。在试验过程中，动态载荷加载机构400可将冲击载荷沿第一方向x通过入射杆100传递给第一压杆201，然后通过第一压杆201再传递给方形试样a，再由方形试样a将冲击载荷传递给第二压杆202，最终由第二压杆202传递给透射杆600。
75.其中，预加载机构500可沿第二方向y，通过第三压杆203和/或第四压杆204对方形试样a施加载荷；以及预加载机构500可沿第三方向z，通过第五压杆205和/或第六压杆206对方形试样a施加载荷。
76.其中，入射杆100、第一压杆201、方形试样a、第二压杆202和透射杆600的具体尺寸和具体连接位置不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，入射杆100、第一压杆201、方形试样a、第二压杆202和透射杆600沿第一方向x的轴线可重合，也可不重合，又例如，入射杆100、第一压杆201、方形试样a、第二压杆202和透射杆600沿第一方向x的横截面形状和尺寸可均相同，也可有所差别。
77.进一步地，为了防止载荷传递发生偏移，利用真三轴霍普金森压杆试验装置对方形试样a进行试验时，入射杆100、第一压杆201、方形试样a、第二压杆202和透射杆600沿第一方向x的轴线重合。
78.更进一步地，为了使载荷传递更加均匀，可优选沿第一方向x，入射杆100、第一压杆201、方形试样a、第二压杆202和透射杆600的横截面形状和尺寸均相同。
79.进一步地，参考图2-3，为了便于对加载框架200进行悬挂，并且在试验过程中方便进行加载框架200的位置调节，可优选悬吊机构300包括第一钩环301、第二钩环302、连接绳索303和固定件304；第一钩环301设置在第一压杆201上，第二钩环302设置在第二压杆202上；连接绳索303的两端分别连接第一钩环301和第二钩环302，连接绳索303的中部连接在固定件304上。
80.其中，固定件304用于连接连接绳索303的中部，使得与连接绳索303的两端分别连接的加载框架200悬挂。需要说明的是，本实施例中连接绳索303的中部是指两个端部之间的任意位置，并非连接绳索303的长度中点位置。
81.其中，第一钩环301在第一压杆201上的具体设置位置，以及第二钩环302在第二压
杆202上的具体设置位置不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如：第一钩环301可以设置在在第一压杆201的长度中点位置；或者沿第一方向x，第一钩环301设置在第一压杆201的长度中点位置的一侧。
82.更进一步地，可优选沿第一方向x，第一钩环301设置在第一压杆201的长度中点处，第二钩环302设置在第二压杆202的长度中点处，以使得当加载框架200悬空时，连接绳索303与固定件304之间形成了一个等边三角形，既可以保证在动态加载前加载框架200的稳定，还可以满足在动态冲击后整个加载框架200和方形试样a可沿动态冲击方向自由移动，同时可以限制加载框架200和方形试样a自由移动的距离。
83.进一步地，参考图4为了消除压杆与方形试样a之间的摩擦力以及减少冲击载荷消散，可优选利用真三轴霍普金森压杆试验装置对方形试样a进行试验时，第三压杆203、第四压杆204、第五压杆205、第六压杆206与方形试样a之间均夹设有硅胶垫209，且硅胶垫209均贴合于方形试样a。
84.其中，硅胶垫209可以用于消除第三压杆203、第四压杆204、第五压杆205和第六压杆206与方形试样a之间的摩擦力以及减少冲击载荷消散。硅胶垫209的材质不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，可以优选声阻抗较小材质制成的硅胶垫209，以进一步减少冲击载荷在试验过程中的消散。
85.此外，硅胶垫209的尺寸和厚度也不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如：硅胶垫209的横截面尺寸可大于、等于或者小于方形试样a与其贴合的表面的尺寸。又例如，硅胶垫209的厚度与方形试样a厚度的比值可以为0.01-5之间的任意数值。
86.更进一步地，为了能够节省硅胶垫209的材料使用量，并且保证试验效果，可优选沿垂直于硅胶垫209与方形试样a贴合面的方向，硅胶垫209与方形试样a的横截面尺寸相同，且硅胶垫209的厚度为方形试样a厚度的比值范围为0.1-0.2。
87.进一步地，参考图3-4，便于进行装配以及安装方形试样a，可优选加载框架200还包括框体207，第一压杆201、第二压杆202、第三压杆203、第四压杆204、第五压杆205和第六压杆206均安装在框体207上；框体207与第一压杆201、第二压杆202、第三压杆203、第四压杆204、第五压杆205和第六压杆206共同围合形成加载仓208。
88.其中，框体207的具体形状和结构组成不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如：框体207可以为一体成型结构，也可以由多块方形板拼接而成。
89.更进一步地，为了减少压杆对方形试样a进行加载过程中所受到的阻力，参见图5，可优选框体207上设有连通加载仓208和框体207外部的排气孔211，在压杆推进过程中加载仓208内的空气可以通过排气孔211排出。
90.其中，排气孔211的形状和位置不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如：排气孔211的横截面可以为圆形、三角形、方形中的一种。又例如，排气孔211的的出口可位于框体207的上部、下部、中部中的任意位置。
91.更进一步地，为了便于进行加工，并且保证结构强度，可优选排气孔211的横截面为圆形，且排气孔211的出口位于框体207的中部。
92.更进一步地，为了便于进行装配，参见图3和图4，可优选框体207包括12个横截面为l形的围合板212，每个围合板212的l形外表面均与相邻的围合板212的l形外表面垂直。
93.其中，围合板212的形状和尺寸不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，12
个围合板212的形状可尺寸可以相同或者不同。又例如，围合板212的l形横截面的长边边长与方形试样a的厚度比值可以为1-5中的任意数值，围合板212的l形横截面的短边边长与方形试样a的厚度比值可以为0.5-4中的任意数值，围合板212的厚度与方形试样a的厚度比值可以为0.1-1中的任意数值。
94.更进一步地，为了便于加工及装配，可优选全部围合板212的形状和尺寸均相同，并且优选方形试样a的形状为正方体。
95.更进一步地，为了保证框体207整体结构的强度，以及保证围合板212彼此之间的连接牢固效果，可优选围合板212的l形横截面的边长与方形试样a的厚度比值范围为2-3，围合板212的宽度与方形试样a的厚度比值范围为1-1.5，围合板212的厚度与方形试样a的厚度比值范围为1/3-1/2。
96.更进一步地，为了减少零部件数量，可优选全部围合板212通过卯榫结构连接(未图示)。
97.更进一步地，为了改变试验时方形试样a所处的温度环境，以更全面地模拟现实条件，参见图4，可优选加载框架200还包括设置在框体207上的加热器210，加热器210用于对框体207进行加热。
98.其中，加热器210的具体种类以及布置位置不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，加热器210可以为一个或者多个加热棒，还可以为一条或者多条加热丝。又例如，加热器210可以可以设置在框体207外部，也可嵌入至框体207中。
99.更进一步地，为了保证对方形试样a进行加热的均匀性，当框体207包括前述的12个横截面为l形的围合板212时，可优选加热器210至少包括24个加热棒或者加热丝，并且每个围合板212相互垂直的两部分上均设有至少一个加热棒或者加热丝。
100.更进一步地，为了进一步保证对方形试样a进行加热的均匀性，可优选每个围合板212相互垂直的两部分上设置的加热棒或者加热丝数量相同，并且均匀分布。
101.更进一步地，为了保证加热效果，并且提高整体安全性，可优选加热器210设置在框体207的内部。
102.更进一步地，为了使试验时试样的温度可控，真三轴霍普金森压杆试验装置还包括温度传感器(未图示)和控制器(未图示)，温度传感器和加热器210均与控制器电连接；温度传感器设置在加载仓208中，用于检测加载仓208中的温度。
103.更进一步地，为了实现在试验过程中对方形试样a进行保温，可优选真三轴霍普金森压杆试验装置还包括保温套(未图示)，保温套套设在框体207的外部。
104.其中，保温套的材质不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，保温套的材质可以为矿物棉、聚氨酯泡沫、蓬松纤维材料、气凝胶材料中的至少一种。
105.更进一步地，为了使保温套具有更好的隔热性以及保温性，可优选保温套由气凝胶材料制成。
106.更进一步地，为了方便拆卸围合板212以及进行方形试样a的装配，可优选相邻的围合板212通过连接件可拆卸连接(未图示)。其中，可拆卸连接的具体方式不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，可以是卯榫结构连接、卡扣连接、螺纹连接方式中的至少一种。
107.进一步地，参考图5-6，为了实现对方形试样a的渗流加载，真三轴霍普金森压杆试
验装置还包括用于施加渗透压的渗流加载机构800；第一压杆201上设有第一流道801，第二压杆202上设有第二流道802，第一流道801和第二流道802的入口分别与渗流加载机构800的出液口连通。利用真三轴霍普金森压杆试验装置对方形试样a进行试验时，第一流道801和第二流道802的出口分别贴合于方形试样a沿第一方向x相对的两侧。
108.其中，第一流道801和第二流道802的具体形状、尺寸以及设置位置不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，第一流道801和第二流道802可相对于方形试样a对称或者非对称设置。
109.更进一步地，参见图5，为了均匀对方形试样a进行渗流加载，可优选第一流道801和第二流道802相对方形试样a对称设置，并且在试验过程中，第一流道801的出口和第二流道802的出口均位于方形试样a的端面中部。
110.可选地，参考图2，为了吸收多余的反射冲击载荷，使方形试样a仅受到单次冲击载荷，获得更好的试验效果，真三轴霍普金森压杆试验装置还可包括动量陷阱103；沿第一方向x，动量陷阱103设置在入射杆100和加载框架200之间。
111.其中，动量陷阱103用于吸收多余的反射冲击载荷，具体结构形式不限，可根据实际应用需求进行合理选择。
112.可选地，为了可以对方形试样a的三个方向的载荷进行独立的控制以实现对方形试样a的三个方向施加不同大小的压力，预加载机构500还可包括压力控制器501，以及分别与压力控制器501电连接的第一加载组件502、第二加载组件503和第三加载组件504；其中，第一加载组件502用于在压力控制器501的控制下，通过入射杆100和透射杆600从第一方向x对方形试样a施加第一载荷；第二加载组件503用于在压力控制器501的控制下，通过加载框架200从第二方向y对方形试样a施加第二载荷；第三加载组件504用于在压力控制器501的控制下，通过加载框架200从第三方向z对方形试样a施加第三载荷。
113.其中，第一加载组件502、第二加载组件503和第三加载组件504的具体结构形式不限，可根据实际应用需求进行合理选择。
114.进一步地，为了简化整体结构组成，并且获得较好的载荷施加效果，可优选预加载机构500还包括与压力控制器501电连接的液压伺服系统泵站(未图示)，第一加载组件502包括相连通的第一油管(未图示)和第一油缸(未图示)，第二加载组件503包括相连通的第二油管(未图示)和第二油缸(未图示)，第三加载组件504包括相连通的第三油管(未图示)和第三油缸(未图示)，第一油管、第二油管和第三油管均与液压伺服系统泵站连接。液压伺服系统泵站在压力控制器501的控制下，可分别通过第一油管、第二油管和第三油管将液压油输送至第一油缸、第二油缸和第三油缸中，并通过第一油缸、入射杆100和透射杆600从第一方向x对方形试样a施加第一载荷，通过第二油缸和加载框架200从第二方向y对方形试样a施加第二载荷，通过第三油缸和加载框架200从第三方向z对方形试样a施加第三载荷。
115.由本实施例的以上说明可见，本实施例通过加载框架200、悬吊机构300、动态载荷加载机构400和预加载机构500的结构设计，不仅可实现对方形试样a的真三轴静态加载和沿第一方向的动态加载，而且由于悬吊机构300可以将方形试样a和加载框架200相对于底座700悬挂设置，在试验过程中方形试样a和加载框架200在受到冲击载荷后，其位置可相对于其他部件移动，从而使得方形试样a所处的应力状态简单且稳定，有利于提高试验结果的准确性。
116.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种真三轴霍普金森压杆试验装置，其特征在于，所述装置包括入射杆、加载框架、悬吊机构、动态载荷加载机构、预加载机构、透射杆和底座；其中，所述入射杆和所述透射杆可移动地设置在所述底座上，且所述入射杆、所述加载框架和所述透射杆沿第一方向依次设置；所述悬吊机构与所述加载框架连接，用于将所述加载框架相对于所述底座悬挂设置；所述预加载机构用于通过所述入射杆和所述透射杆从所述第一方向对方形试样施加载荷，以及通过所述加载框架从第二方向和第三方向对所述方形试样施加载荷；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直；所述动态载荷加载机构用于向所述入射杆施加沿所述第一方向传播的冲击载荷，并使得所述入射杆、所述加载框架、所述方形试样和所述透射杆均相对于所述底座沿所述第一方向运动。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加载框架包括第一压杆、第二压杆、第三压杆、第四压杆、第五压杆和第六压杆；其中，沿所述第一方向，所述第一压杆和所述第二压杆设置在所述入射杆和所述透射杆之间，所述第一压杆和所述第二压杆用于沿所述第一方向共同夹持所述方形试样；所述第三压杆和所述第四压杆分别与所述预加载机构连接，用于沿所述第二方向共同夹持所述方形试样；所述第五压杆和所述第六压杆分别与所述预加载机构连接，用于沿所述第三方向共同夹持所述方形试样。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述悬吊机构包括第一钩环、第二钩环、连接绳索和固定件；所述第一钩环设置在所述第一压杆上，所述第二钩环设置在所述第二压杆上；所述连接绳索的两端分别连接所述第一钩环和所述第二钩环，所述连接绳索的中部连接在所述固定件上。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，利用所述装置对所述方形试样进行试验时，所述第三压杆、所述第四压杆、所述第五压杆、所述第六压杆与所述方形试样之间均夹设有硅胶垫，且所述硅胶垫均贴合于所述方形试样。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加载框架还包括框体，所述第一压杆、所述第二压杆、所述第三压杆、所述第四压杆、所述第五压杆和所述第六压杆均安装在所述框体上；所述框体与所述第一压杆、所述第二压杆、所述第三压杆、所述第四压杆、所述第五压杆和所述第六压杆共同围合形成加载仓。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述加载框架还包括设置在所述框体上的加热器，所述加热器用于对所述框体进行加热。7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述框体上设有连通所述加载仓和所述框体外部的排气孔。8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述框体包括12个横截面为l形的围合板，每个所述围合板的l形外表面均与相邻的所述围合板的l形外表面垂直。9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于施加渗透压的渗流加载机构；所述第一压杆上设有第一流道，所述第二压杆上设有第二流道，所述第一流道和所述第二流道的入口分别与所述渗流加载机构的出液口连通；
利用所述装置对所述方形试样进行试验时，所述第一流道和所述第二流道的出口分别贴合于所述方形试样沿所述第一方向相对的两侧。10.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预加载机构包括压力控制器，以及分别与所述压力控制器电连接的第一加载组件、第二加载组件和第三加载组件；其中，所述第一加载组件用于在所述压力控制器的控制下，通过所述入射杆和所述透射杆从所述第一方向对方形试样施加载荷；所述第二加载组件用于在所述压力控制器的控制下，通过所述加载框架从第二方向对所述方形试样施加载荷；所述第三加载组件用于在所述压力控制器的控制下，通过所述加载框架从第三方向对所述方形试样施加载荷。

技术总结
本发明公开的一种真三轴霍普金森压杆试验装置，包括入射杆、加载框架、悬吊机构、动态载荷加载机构、预加载机构、透射杆和底座；其中，入射杆和透射杆可移动地设置在底座上，且入射杆、加载框架和透射杆沿第一方向依次设置；悬吊机构与加载框架连接，用于将加载框架相对于底座悬挂设置；预加载机构用于通过入射杆和透射杆从第一方向对方形试样施加载荷，以及通过加载框架从第二方向和第三方向对方形试样施加载荷，动态载荷加载机构用于向入射杆施加沿第一方向传播的冲击载荷。利用本发明提供的试验装置，可以使得试验过程中试样所处的应力状态简单且稳定，有利于提高试验结果的准确性。确性。确性。


技术研发人员：夏开文 肖君杰 李星 徐颖 董鹏 姚伟 罗子轩
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/19