一种土工合成材料各向异性拉伸试验系统的制作方法

一种土工合成材料各向异性拉伸试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于±工合成材料力学性能试验测试领域，设及一种±工合成材料各 向异性拉伸试验系统，尤其设及一种黄±沟壑区加筋±技术的±工合成材料各向异性拉伸 试验系统。
【背景技术】
[000引 ±工合成材料是W人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成 各种类型的产品，置于±体内部、表面或各种±体之间，发挥加强或保护±体的作用。主要 包括±工织物、±工格栅，±工膜、±工特种材料和±工复合材料，玻纤网，±工垫等类型。
[0003] 目前，《±工合成材料测试规程》(化235-2012)和《公路工程±工合成材料试验规 程》（JTGE50-2006)均提到了±工合成材料拉伸试验。但是，目前±工合成材料拉伸试验 过程中仍存在诸多问题；（1)上工合成材料取样时，样品直剪试验方向随意性大，试验得到 的力学性能不一定具有代表性；（2) ±工合成材料取样时，目前仅规定了±工合成材料取 样范围和取样尺寸，而所取各样品间可能存在不一致性；(3) ±工合成材料拉伸试验时，一 般仅做一个（或两个）方向的试验，无法考虑±工合成材料的各向异性，拉伸试验所得出的 ±工合成材料力学性能指标不能真实的反映出工程实际中±工合成材料的实际力学性能。
[0004] 综上所述，由于现行±工合成材料拉伸试验过程中存在诸如取样、试验方法等问 题，其试验得到的±工合成材料力学性能指标不能真实的反映出工程实际中±工合成材料 的实际力学性能。事实上，试验得到的±工合成材料力学性能指标往往要优于工程实际中 ±工合成材料的实际力学性能，采用现行±工合成材料直剪拉伸试验得到的±工合成材料 力学性能指标进行工程设计时，其安全性能存在较大隐患，严重威胁着工程质量和人民生 命财产安全。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于解决现有技术中试验得到的±工合成材料力学性能指标 无法真实反映工程实际的技术问题，进而提供了一种充分考虑了±工合成材料力学性能的 各向异性、有效避免了现行规范中试验测试值与±工合成材料实际受力特性严重不符W及 测试过程精确可控的±工合成材料各向异性拉伸试验系统。
[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0007] 一种±工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述±工合成材料各向 异性拉伸试验系统包括试验台架、导轨、刻度盘、试样托架、试验框架梁、液压加载装置、固 定端、移动端、夹具、位移传感器W及信号采集控制装置；所述试验台架的上表面设置有圆 形的刻度盘、导轨W及试样托架；所述导轨与刻度盘同屯、设置；待进行拉伸试验的±工合 成材料试样的横截面呈圆形并置于试样托架上；所述试验框架梁设置在导轨上并在导轨上 自如滑动；所述固定端、液压加载装置W及位移传感器分别固定设置在试验框架梁上；所 述液压加载装置与位移传感器相连；所述液压加载装置与移动端固定相连并带动移动端移 动；所述固定端的端部w及移动端的端部分别设置有用于夹持待进行拉伸试验的±工合成 材料试样的夹具；所述固定端、待进行拉伸试验的±工合成材料试样W及移动端在工作时 处于同一水平高度；所述信号采集控制装置分别与试样托架、液压加载装置W及位移传感 器相连，用于控制试样托架升降、液压加载装置加载和采集位移传感器数据。
[000引作为优选，本实用新型所采用的导轨上设置有限位凹槽W及置于限位凹槽中的滑 动滚珠；所述试验框架梁通过滑动滚珠与导轨连接并在导轨上自如滑动。
[0009] 作为优选，本实用新型所采用的夹具夹持待进行拉伸试验的±工合成材料试样的 宽度不小于200mm;两夹具之间夹持待进行拉伸试验的±工合成材料试样的夹持长度不小 于 100mm。
[0010] 作为优选，本实用新型所采用的液压加载装置的拉伸速率在0. 05mm/min至50mm/ min之间。
[0011] 作为优选，本实用新型所采用的试样托架是可升降型试样托架。
[0012] 本实用新型的优点是：
[0013] 本实用新型提供了一种±工合成材料各向异性拉伸试验系统，该±工合成材料各 向异性拉伸试验系统包括试验台架、导轨、滑动滚珠、刻度盘、试样托架、试验框架梁、液压 加载装置、固定端、移动端、夹具、位移传感器、信号采集控制装置、±工合成材料试样。试验 框架梁通过滑动滚珠与导轨连接，试验框架梁通过滑动滚珠在导轨上旋转；试验框架梁上 设置有液压加载装置、固定端、移动端、夹具、位移传感器；固定端与试验框架梁刚性连接， 移动端与液压加载装置刚性连接；待进行拉伸试验的±工合成材料的横截面呈圆形；位移 传感器固定于试验框架梁上，测量移动端位移量；信号采集控制装置分别与液压加载装置、 试样托架和位移传感器相连。本实用新型所创新的采用了圆形的±工合成材料试样，使各 ±工合成材料试样拉伸试验时保持材料的一致性，有效解决了 ±工合成材料取样的随意 性。同时，通过导轨和滑动滚珠带动试验框架梁旋转，实现了±工合成材料试验与试验±样 的任意角度拉伸试验，革命性的创造了 ±工合成材料各向异性拉伸试验系统，实现了±工 合成材料拉伸试验力学性能的各向异性测试；该试验系统充分考虑了±工合成材料力学性 能的各向异性，有效避免了现行规范中试验测试值与±工合成材料实际受力特性严重不符 的问题，解决了±工合成材料工程应用中存在的安全隐患。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型的±工合成材料各向异性拉伸试验系统的立面结构示意图； [001引图2是图1的剖面图；
[0016] 附图标记说明如下：
[0017] 1-夹具；2-固定端；3-移动端；4-液压加载装置；5-试验框架梁；6-试样托架； 7-位移传感器；8-导轨；9-刻度盘；10-试验台架；11-信号采集控制装置；12-滑动滚珠； 13-±工合成材料试样。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的±工合成材料各向异性拉伸试验 系统做进一步的详细说明：
[0019] 实施例；
[0020] 参见图IW及图2, 一种±工合成材料各向异性拉伸试验系统，包括夹具1 ;固定端 2 ;移动端3 ;液压加载装置4 ;试验框架梁5 ;试样托架6 ;位移传感器7 ;导轨8 ;刻度盘9 ; 试验台架10 ;信号采集控制装置11 ;滑动滚珠12 ;±工合成材料试样13。
[0021] 试验台架的上表面设置有圆形的刻度盘、导轨W及试样托架；导轨与刻度盘同屯、 设置；待进行拉伸试验的±工合成材料试样的横截面呈圆形并置于试样托架上；试验框架 梁设置在导轨上并在导轨上自如滑动；固定端、液压加载装置W及位移传感器分别固定设 置在试验框架梁上；液压加载装置与位移传感器相连；液压加载装置与移动端固定相连并 带动移动端移动；固定端的端部W及移动端的端部分别设置有用于夹持待进行拉伸试验的 ±工合成材料试样的夹具；固定端、待进行拉伸试验的±工合成材料试样W及移动端在工 作时处于同一水平高度；信号采集控制装置11由试样托架升降控制装置、液压加载控制装 置和位移传感器数据采集装置=部分组成，用于控制试样托架6升降、液压加载装置4加载 和采集位移传感器7数据。信号采集控制装置分别与试样托架、液压加载装置W及位移传 感器相连，用于控制试样托架6升降、液压加载装置4加载和采集位移传感器7数据。导轨 上设置有限位凹槽W及置于限位凹槽中的滑动滚珠；试验框架梁通过滑动滚珠与导轨连接 并在导轨上自如滑动。
[00。] 夹具1错口表面宽度为220mm。
[0023] 液压加载装置4拉伸速率可通过信号采集控制装置11控制，拉伸速率在0. 05mm/ min至50mm/min之间，优选拉伸速率为1.Omm/min。
[0024] 位移传感器7通过信号采集控制装置11采集、记录移动端3位移量。
[0025] 试样托架6通过信号采集控制装置11控制升降。
[0026] 本实用新型在工作时，其具体操作方式如下：
[0027]A)裁取±工合成材料试样13, ±工合成材料试样13的横截面为 圆形，±工合成 材料试样13的直径为220mm;各试样结构形式应完全一致，试样45°对称，取样3个；试样 90°对称时取样5个；
[002引 B)将±工合成材料试样13放置于试样托架6,标记±工合成材料试样13放置方 向；
[0029]C)通过信号采集控制装置11控制试样托架6上升至与夹具1同一水平高度，将试 验框架梁5上夹具1中线方向调整至刻度盘9标记0°处；
[0030] D)将±工合成材料试样13在夹具1中对中夹持，夹具1夹持试样宽度为200mm。 两夹具1之间的夹持长度不小于100mm;
[0031] 巧开动液压加载装置4,对已夹持好的试件进行预拉伸，通过信号采集控制装置 11控制位移传感器7和液压加载装置4,使预拉伸±工合成材料试样13伸长量至两夹具1 间的夹持长度的0. 5%，通过信号采集控制装置11记录液压加载装置4负荷；
[003引巧停止加载，位移传感器7调零；
[0033] G)重新开动液压加载装置4连续加荷直至试样断裂，停机并恢复至初始位置。通 过信号采集控制装置11记录液压加载装置4最大负荷，精确为1. 0N，记录位移传感器7最 大负荷下的伸长量，精确为0. 05mm;
[0034]H)使用下式计算±工合成材料试样13的拉伸强度：
[003引 af=FfC
[0036] 式中af为上工合成材料试样13拉伸强度；。,为±工合成材料试样13最大负荷。
[0037] 对于非织造品、高密度织物或其他类似±工合成材料试样13:
[003引C= 1/B
[0039] 式中B为±工合成材料试样13夹具1夹持宽度。
[0040] 对于稀松机织±工织物、±工格栅或其他类似的松散结构±工合成材料试样13 :
[0041] C=Nm/N曰
[0042] 式中Nm为±工合成材料试样13在Im宽度内的拉伸单元数；N,为±工合成材料试 样13内的拉伸单元数。
[0043]I)使用下式计算±工合成材料试样13最大负荷下的伸长率：
[0044]
[0045] 式中e为±工合成材料试样13伸长率（％ )山为±工合成材料试样13夹持长 度；AL为±工合成材料试样13最大负荷下的伸长量。
[0046]J)选用不同的±工合成材料试样13,重复步骤B)~步骤H)，其中操作步骤B)时， ±工合成材料试样13放置在试样托架6的位置与之前试验位置相同；操作步骤C)时，将试 验框架梁5夹具1中线方向调整至刻度盘9标记22. 5。处。
[0047]K)判断±工合成材料试样13是90。对称还是45。对称；若是90。对称，则将试 验框架梁5夹具1中线方向分别调整至刻度盘9标记45。、67.5°W及90。，重复步骤J)， 即完成±工合成材料试样13分别在45°、67. 5°W及90°时的拉伸试验。若是45°对称， 则将试验框架梁5夹具1中线方向分别调整至刻度盘（9)标记45°，重复步骤J)，即完成 ±工合成材料试样13在45°时的拉伸试验；
[0048]L)绘制各方向±工合成材料试样18拉伸强度和最大负荷下的伸长率包络图。
[0049] 通过对皿阳双向±工格栅（±工合成材料的一种类型）进行拉伸试验结果可知， 皿阳±工格栅0°方向2%，5%和10%应变时拉伸强度分别为32.4kN?m-l，65.2kN?m-l和 109. 3kN?m-i，而通过皿PE双向±工格栅拉伸强度包络图可W看出，45°方向拉伸强度最 低，其2%，5%和10%应变时拉伸强度分别为18.3kN?^^l，41.8kN?^^l和75.1kN?^^l。45° 方向2%，5%和10%应变时拉伸强度仅为0°方向拉伸强度的56. 5%，64. 1%和68. 7%。 最大负荷下的伸长率方面，皿PE±工格栅0°方向最大负荷下的伸长率为12. 7%，而45° 方向最大负荷下的伸长率为32. 1%，45°方向最大负荷下的伸长率是0°方向的2. 53倍。 可W看出，当采用未考虑上工合成材料各向异性拉伸试验测试得到的拉伸强度进行上工合 成材料工程设计时，设计计算满足安全性能要求的工程可能实际安全性能不满足要求，严 重威胁着工程质量和人民生命财产安全。综上所述，本实用新型充分考虑了 ±工合成材料 力学性能的各向异性，有效避免了现行规范中试验测试值与±工合成材料实际受力特性严 重不符的问题，彻底解决了 ±工合成材料工程应用中存在的安全隐患。
[0050] 最后说明的是，W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参 照最佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可W对本 实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术
[0化1] 方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述土工合成材料各向异 性拉伸试验系统包括试验台架（10)、导轨（8)、刻度盘（9)、试样托架（6)、试验框架梁（5)、 液压加载装置（4)、固定端（2)、移动端（3)、夹具（1)、位移传感器（7)以及信号采集控制装 置（11);所述试验台架（10)的上表面设置有圆形的刻度盘（9)、导轨（8)以及试样托架（6); 所述导轨（8)与刻度盘（9)同心设置；待进行拉伸试验的土工合成材料试样（13)的横截面 呈圆形并置于试样托架（6)上；所述试验框架梁（5)设置在导轨（8)上并在导轨（8)上自 如滑动；所述固定端（2)、液压加载装置（4)以及位移传感器（7)分别固定设置在试验框架 梁（5)上；所述液压加载装置（4)与位移传感器（7)相连；所述液压加载装置（4)与移动端 (3)固定相连并带动移动端（3)移动；所述固定端（2)的端部以及移动端（3)的端部分别设 置有用于夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样（13)的夹具（1);所述固定端（2)、待进 行拉伸试验的土工合成材料试样（13)以及移动端（3)在工作时处于同一水平高度；所述信 号采集控制装置（11)分别与试样托架（6)、液压加载装置（4)以及位移传感器（7)相连。2. 根据权利要求1所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述导 轨（8)上设置有限位凹槽以及置于限位凹槽中的滑动滚珠（12);所述试验框架梁（5)通过 滑动滚珠（12)与导轨（8)连接并在导轨（8)上自如滑动。3. 根据权利要求1或2所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所 述夹具（1)夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样（13)的宽度不小于200mm ;两夹具（1) 之间夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样（13)的夹持长度不小于100mm。4. 根据权利要求3所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述液 压加载装置（4)的拉伸速率在0. 05 mm/min至50 mm/min之间。5. 根据权利要求4所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述试 样托架（6)是可升降型试样托架。
【专利摘要】一种土工合成材料各向异性拉伸试验系统，该系统包括试验台架、导轨、刻度盘、试样托架、试验框架梁、液压加载装置、固定端、移动端、夹具、位移传感器以及信号采集控制装置；试验台架上设置有刻度盘、导轨以及试样托架；待试验的土工合成材料试样置于试样托架上；试验框架梁设置在导轨上并可自如滑动；固定端、液压加载装置以及位移传感器分别固定设置在试验框架梁上；液压加载装置分别与位移传感器和移动端相连；固定端和移动端的端部分别设置有夹具；信号采集控制装置分别与试样托架、液压加载装置以及位移传感器相连。本实用新型有效避免了试验测试值与土工合成材料实际受力特性严重不符以及具有测试过程精确可控的优点。
【IPC分类】G01N3/10
【公开号】CN204694563
【申请号】CN201520318291
【发明人】张军, 孙志杰, 薛晓辉, 赵建斌
【申请人】山西省交通科学研究院, 山西交科公路勘察设计院
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月16日