一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法
【專利摘要】一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法，屬于巖石力學試驗【技術領域】。本發明的試驗方法包括減摩材料的摩擦系數測定試驗及減摩材料對端部摩擦效應的影響試驗，其中減摩材料對端部摩擦效應的影響試驗又分為單軸加載試驗和雙軸加載試驗。減摩材料的摩擦系數測定試驗能夠通過真三軸試驗機施加的水平推力值及豎向壓力值計算出摩擦系數，通過摩擦系數檢測減摩材料的適用性；而單軸加載試驗和雙軸加載試驗，均能驗證減摩材料的過度減摩現象，可以幫助技術人員準確了解端部摩擦效應對試驗結果的影響。本發明的試驗方法最終目的是幫助相關技術人員尋找更合適的減摩材料，并且檢測該減摩材料的性能指標，以提高試驗結果的真實性。
【專利說明】一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于巖石力學試驗【技術領域】，特別是涉及一種用于檢測巖石試樣與承壓墊塊之間端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法。
【背景技術】
[0002]巖石力學試驗中，巖石試樣與承壓墊塊之間的端部摩擦效應會影響到試驗結果的真實性和可靠性，為了盡可能的降低端部摩擦效應對試驗結果的影響，相關技術人員通過在巖石試樣與承壓墊塊之間加裝減摩材料的方法，來降低巖石試樣與承壓墊塊之間的摩擦力，用以降低端部摩擦效應對試驗結果的影響。
[0003]目前，所使用的效果最好的減摩材料為聚四氟乙烯膜，但是聚四氟乙烯膜仍然存在著一個無法克服的缺點，在加載過程中會出現過度減摩的現象，進而出現附加應力場，導致試驗結果真實性的降低。
[0004]而現階段還沒有一種有效的方法，用以幫助相關技術人員尋找更合適的減摩材料及檢測該減摩材料的性能指標，也無法有效幫助相關技術人員準確了解端部摩擦效應對試驗結果的影響。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種檢測端部摩擦效應的試驗方法，該方法能夠幫助相關技術人員尋找更合適的減摩材料，并且能夠檢測該減摩材料的性能指標，幫助相關技術人員準確了解端部摩擦效應對試驗結果的影響，以提高試驗結果的真實性。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一:準備三個試樣，包括一個鐵質試樣和兩個巖石試樣；
[0008]步驟二:選取試樣的一個非加載面貼上應變片，應變片分布于試樣非加載面的四個頂角及非加載面的中部；
[0009]步驟三:試驗前，需要通過導線將應變片與外部的應變采集儀相連接，其中與應變片相連接的導線一端需要焊接在應變片固定端子上；
[0010]步驟四:選取一種測試用的減摩材料，再準備一些薄銅片，薄銅片的尺寸與試樣加載面的尺寸相同；其中減摩材料和薄銅片需要加裝在試樣與承壓墊塊之間，且減摩材料位于承壓墊塊與薄銅片之間；
[0011]步驟六:進行減摩材料的摩擦系數測定試驗
[0012]試驗前，準備兩塊承壓墊塊和一塊輔助墊塊，先將一塊承壓墊塊送入真三軸試驗機的豎向下側加載活塞上，按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，再將試樣放置在該承壓墊塊上，然后將第二塊承壓墊塊放置在試樣上，試樣與第二塊承壓墊塊之間同樣按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，控制豎向上側加載活塞下行，直到活塞端部與上側承壓墊塊相接觸，并稍微加力夾緊即可；[0013]將輔助墊塊送到一側水平加載活塞與試樣之間，輔助墊塊同時貼靠在兩承壓墊塊側部，控制水平加載活塞伸出，直到活塞端部與輔助墊塊相接觸頂住輔助墊塊；
[0014]控制豎向加載活塞施加豎向壓力，同時另一側水平加載活塞以0.03111111/111111的速度推動試樣，此時可以通過水平推力值及豎向壓力值計算出摩擦系數，并通過試驗數據確定減摩材料的適用性；
[0015]步驟七:進行減摩材料對端部摩擦效應的影響試驗
[0016](1)單軸加載試驗
[0017]試驗前，準備兩塊承壓墊塊，先將一塊承壓墊塊送入真三軸試驗機的豎向下側加載活塞上，按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，再將試樣放置在該承壓墊塊上，然后將第二塊承壓墊塊放置在試樣上，試樣與第二塊承壓墊塊之間同樣按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，控制豎向上側加載活塞下行，直到活塞端部與上側承壓墊塊相接觸，并稍微加力夾緊即可；此時試樣需要按照步驟三的要求，將應變片與外部的應變采集儀相連接；
[0018]試驗中，控制豎向加載活塞施加豎向壓力，同時記錄下應變片采集到的應變值；
[0019]上述試驗一共做三組,一個鐵質試樣和兩個巖石試樣全部試驗一遍，分析三種試樣的試驗數據，通過試驗數據驗證減摩材料的過度減摩現象；
[0020](2)雙軸加載試驗
[0021]準備四塊承壓墊塊，兩塊承壓墊塊位于試樣上、下兩側，另兩個承壓墊塊位于試樣左、右兩側，直到將試樣和承壓墊塊全部預裝夾到真三軸試驗機內為止；此時試樣與承壓墊塊之間已經安裝了減摩材料和薄銅片，然后試樣需要按照步驟三的要求，將應變片與外部的應變采集儀相連接；
[0022]試驗中，先對豎向加載活塞施加豎向壓力，在一定壓力值下，再對水平加載活塞施加橫向壓力，同時記錄下應變片采集的應變值；
[0023]上述試驗一共做三組，一個鐵質試樣和兩個巖石試樣全部試驗一遍，分析三種試樣的試驗數據，通過試驗數據驗證減摩材料的過度減摩現象。
[0024]所述的單軸加載試驗需要進行以下三種情況的對比試驗，分別包括:
[0025]①.只在上側承壓墊塊與試樣間安裝減摩材料和薄銅片；
[0026]②.只在下側承壓墊塊與試樣間安裝減摩材料和薄銅片；
[0027]③.承壓墊塊與試樣間完全不安裝減摩材料和薄銅片。
[0028]所述的雙軸加載試驗要以完全不安裝減摩材料和薄銅片的情況，進行一次對比試驗。
[0029]本發明的有益效果:
[0030]本發明能夠幫助相關技術人員尋找更合適的減摩材料，并且能夠檢測該減摩材料的性能指標，幫助相關技術人員準確了解端部摩擦效應對試驗結果的影響，以提高試驗結果的真實性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為實施例中應變片的貼片位置不意圖；
[0032]圖2為實施例中不同試驗狀態下的摩擦系數對比圖；6寸為50父100臟的面)貼上應變片1 (應其中非加載面的四個頂角均勻分布四個應的中部，兩個位于邊線處，一個位于非加載
十與外部的應變采集儀相連接，其中與應變戶上，這樣可以防止試驗過程中導線間互相士條導線進行編號，具體可以用標簽紙進行
寫準備一些薄銅片，薄銅片的尺寸與試樣加)X 50111111)；
變合成減摩劑，硬脂酸合成減摩劑需提前制-份醫用凡士林，將硬脂酸和凡士林按重量0度的熱水槽中進行加熱，直到燒杯中的混I行冷卻，可以防止混合物凝固過程中硬脂多成乳白色油脂狀膏體；
羊與承壓墊塊之間，且減摩材料位于承壓墊壓墊塊側部，控制水平加載活塞伸出，直到活塞端部與輔助墊塊5相接觸頂住輔助墊塊5，防止試驗過程中承壓墊塊3水平移動；
[0051]控制豎向加載活塞施加豎向壓力，同時另一側水平加載活塞以0.03111111/111111的速度推動試樣2，試樣加載狀態如圖5所示，此時可以通過水平推力值及豎向壓力值計算出摩擦系數，并通過試驗數據確定減摩材料的適用性；
[0052]如圖2所示，分別為安裝聚四氟乙烯膜、涂抹硬脂酸合成減摩劑及未安裝任何減摩材料時所測得的相應摩擦系數對比圖，可看出硬脂酸合成減摩劑的摩擦系數維持在0.02左右，其減摩性能要優于聚四氟乙烯膜；
[0053]步驟七:進行減摩材料對端部摩擦效應的影響試驗
[0054](1)單軸加載試驗
[0055]試驗前，需要準備兩塊承壓墊塊3，先將一塊承壓墊塊3送入真三軸試驗機的豎向下側加載活塞上，按照步驟四的要求安裝減摩材料4和薄銅片6，再將試樣放置在該承壓墊塊3上，然后將第二塊承壓墊塊3放置在試樣2上，試樣2與第二塊承壓墊塊3之間同樣按照步驟四的要求安裝減摩材料4和薄銅片6，控制豎向上側加載活塞下行，直到活塞端部與上側承壓墊塊3相接觸，并稍微加力夾緊即可；其中試樣需要按照步驟三的要求，將應變片1與外部的應變采集儀相連接；
[0056]試驗中，控制豎向加載活塞施加豎向壓力，試樣加載狀態如圖6所示，同時記錄下應變片采集到的應變值；接下來需要進行以下三種情況的對比試驗，分別包括:
[0057]①.只在上側承壓墊塊與試樣間安裝減摩材料和薄銅片
[0058]②.只在下側承壓墊塊與試樣間安裝減摩材料和薄銅片
[0059]③.承壓墊塊與試樣間完全不安裝減摩材料和薄銅片
[0060]上述試驗一共做三組,一個鐵質試樣和兩個巖石試樣全部試驗一遍，分析三種試樣的試驗數據，通過試驗數據驗證減摩材料的過度減摩現象；
[0061]本實施例中，以聚四氟乙烯膜為例，通過本試驗來驗證聚四氟乙烯膜的過度減摩現象，如圖3所示，為完全不安裝減摩材料和薄銅片時應力與應變關系圖，如圖4所示，為安裝了聚四氟乙烯膜和和薄銅片時應力與應變關系圖，從圖4中可以看到試樣上、下端部隨著應力增加的同時，應變值幾乎不再增加，驗證了過度減摩現象的發生。
[0062](2)雙軸加載試驗
[0063]準備四塊承壓墊塊3，兩塊承壓墊塊位于試樣上、下兩側，另兩個承壓墊塊位于試樣左、右兩側，直到將試樣2和承壓墊塊3全部預裝夾到真三軸試驗機內為止，此時試樣2與承壓墊塊3之間已經安裝了減摩材料4和薄銅片6，然后試樣2需要按照步驟三的要求，將應變片1與外部的應變采集儀相連接；
[0064]試驗中，先對豎向加載活塞施加豎向壓力，在一定壓力值下，再對水平加載活塞施加橫向壓力，試樣加載狀態如圖7所示，同時記錄下應變片采集的應變值；再以完全不安裝減摩材料和薄銅片的情況，進行一次對比試驗；
[0065]上述試驗一共做三組,一個鐵質試樣和兩個巖石試樣全部試驗一遍，分析三種試樣的試驗數據，通過試驗數據驗證減摩材料的過度減摩現象，并幫助技術人員準確了解端部摩擦效應對試驗結果的影響。
【權利要求】
1.一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:準備三個試樣，包括一個鐵質試樣和兩個巖石試樣； 步驟二:選取試樣的一個非加載面貼上應變片，應變片分布于試樣非加載面的四個頂角及非加載面的中部； 步驟三:試驗前，需要通過導線將應變片與外部的應變采集儀相連接，其中與應變片相連接的導線一端需要焊接在應變片固定端子上； 步驟四:選取一種測試用的減摩材料，再準備一些薄銅片，薄銅片的尺寸與試樣加載面的尺寸相同；其中減摩材料和薄銅片需要加裝在試樣與承壓墊塊之間，且減摩材料位于承壓墊塊與薄銅片之間； 步驟六:進行減摩材料的摩擦系數測定試驗 試驗前，準備兩塊承壓墊塊和一塊輔助墊塊，先將一塊承壓墊塊送入真三軸試驗機的豎向下側加載活塞上，按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，再將試樣放置在該承壓墊塊上，然后將第二塊承壓墊塊放置在試樣上，試樣與第二塊承壓墊塊之間同樣按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，控制豎向上側加載活塞下行，直到活塞端部與上側承壓墊塊相接觸，并稍微加力夾緊即可； 將輔助墊塊送到一側水平加載活塞與試樣之間，輔助墊塊同時貼靠在兩承壓墊塊側部，控制水平加載活塞伸出，直到活塞端部與輔助墊塊相接觸頂住輔助墊塊； 控制豎向加載活塞施加豎向壓力，同時另一側水平加載活塞以0.03./111111的速度推動試樣，此時可以通過水平推力值及豎向壓力值計算出摩擦系數，并通過試驗數據確定減摩材料的適用性； 步驟七:進行減摩材料對端部摩擦效應的影響試驗 (1)單軸加載試驗 試驗前，準備兩塊承壓墊塊，先將一塊承壓墊塊送入真三軸試驗機的豎向下側加載活塞上，按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，再將試樣放置在該承壓墊塊上，然后將第二塊承壓墊塊放置在試樣上，試樣與第二塊承壓墊塊之間同樣按照步驟四的要求安裝減摩材料和薄銅片，控制豎向上側加載活塞下行，直到活塞端部與上側承壓墊塊相接觸，并稍微加力夾緊即可；此時試樣需要按照步驟三的要求，將應變片與外部的應變采集儀相連接；試驗中，控制豎向加載活塞施加豎向壓力，同時記錄下應變片采集到的應變值； 上述試驗一共做三組，一個鐵質試樣和兩個巖石試樣全部試驗一遍，分析三種試樣的試驗數據，通過試驗數據驗證減摩材料的過度減摩現象； (2)雙軸加載試驗 準備四塊承壓墊塊，兩塊承壓墊塊位于試樣上、下兩側，另兩個承壓墊塊位于試樣左、右兩側，直到將試樣和承壓墊塊全部預裝夾到真三軸試驗機內為止；此時試樣與承壓墊塊之間已經安裝了減摩材料和薄銅片，然后試樣需要按照步驟三的要求，將應變片與外部的應變采集儀相連接； 試驗中，先對豎向加載活塞施加豎向壓力，在一定壓力值下，再對水平加載活塞施加橫向壓力，同時記錄下應變片采集的應變值； 上述試驗一共做三組，一個鐵質試樣和兩個巖石試樣全部試驗一遍，分析三種試樣的試驗數據，通過試驗數據驗證減摩材料的過度減摩現象。
2.根據權利要求1所述的一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法，其特征在于:所述的單軸加載試驗需要進行以下三種情況的對比試驗，分別包括: ①.只在上側承壓墊塊與試樣間安裝減摩材料和薄銅片； ②.只在下側承壓墊塊與試樣間安裝減摩材料和薄銅片； ③.承壓墊塊與試樣間完全不安裝減摩材料和薄銅片。
3.根據權利要求1所述的一種檢測端部摩擦效應及減摩材料性能的試驗方法，其特征在于:所述的雙軸加載試驗要以完全不安裝減摩材料和薄銅片的情況，進行一次對比試驗。
【文檔編號】G01N19/00GK103837468SQ201410072368
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】馮夏庭, 張希巍, 劉曉宇, 楊成祥, 孔瑞 申請人:東北大學
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