专利名称：一种剪切疲劳测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于道路工程材料剪切疲劳寿命测试技术领域，尤其是涉及一种剪切 疲劳测试仪。
背景技术：
浙青路面在车轮荷载重复作用下的破坏是一个典型的疲劳损伤与损伤累积的过 程。近年来，随交通流量增大和重载车辆的增多，剪切疲劳开裂(Top-Down裂纹)和剪切疲 劳永久变形(车辙)日益成为城市浙青路面的主要破坏形式之一，目前高速公路80%以上 的路面为浙青混凝土路面，研究剪切疲劳开裂和剪切疲劳永久变形对基础设施建设意义重 大。传统研究方法就公路浙青路面结构设计理论问题广泛开展过的浙青混合料、半刚性基 层材料的疲劳性能及路面结构加速加载破坏的试验研究，注重浙青混凝土弯拉疲劳寿命预 测，对于剪切疲劳引起的开裂、永久变形和剪切疲劳过程中材料性能受损伤影响的评价尚 缺乏系统研究和技术积累。这种研究上的不足，很大程度应该归结于浙青砼设计中尚无简 便有效的设备评价剪切疲劳特性的现状。将力学分析结果或力学概念的应用从传统的结构分析或设计领域扩展到浙青混 凝土设计领域是一个重要的趋势。根据力学分析的结果，引入若干强度参数做为设计指标 可能是一个简单有效的途径，按强度-抗剪强度、剪切疲劳强度(包括变形特性)和弯拉 疲劳强度，而不按照物理指标和简单变形指标进行材料的设计应该是今后的一种趋势。这 种趋势要求浙青混凝土的力学性能测试方法不能仅仅局限于满足科研工作要求，而应当贯 穿于日常的浙青混合料设计、质量确�：椭柿靠刂�(QA/QC)中。只有这样，室内的理论研 究成果才能得到最广泛的实践应用和最彻底的检验。上述要求体现在实验设备上，就要求 该实验设备既可以在室内使用，同时也可以满足野外需要；设备所采用的样品，可以在室内 成型，也可以在现场实地取得；设备应具有小型化及测试指标的多样化(如既可以评价 Top-Down裂纹也可以评价车辙)特点。综上，在车轮的水平和垂直荷载综合的重复作用下出现的剪切疲劳破坏，日益成 为浙青路面的主要破坏形式，轮载作用下产生的剪切力与浙青混凝土永久变形和疲劳开裂 之间存在密切关系。剪切疲劳破坏的主要形式是自上而下的剪切疲劳开裂和浙青面层的剪 切疲劳永久变形累积(Rutting车辙)。现如今，各国学者采用的众多研究手段中，三轴动荷 载实验、车辙仪等设备对浙青混凝土剪切永久变形和开裂的评价得到了较高的认可，但这 些设备的使用成本和设备成本均较高，只能适用于室内研究，因而开发一种面向现场实践 的计算性能测定方法及相关设备来评价浙青混凝土的剪切疲劳特性对于长寿命和高质量 浙青混凝土路面的修筑意义重大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种剪切 疲劳测试仪，其结构简单、设计新颖合理且使用操作简便，特定环境温度下采用多组受压轮在被测试件内壁相对转动的方式实现控制应力的剪切疲劳加载，能完整准确反映所检测材 料的剪切疲劳寿命。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种剪切疲劳测试仪，其特 征在于包括用于水平固定环状或圆筒状被测试件的试件固定装置、与所述试件固定装置 固定连接且通过所述试件固定装置带动被测试件连续转动的驱动机构、设置在所述试件固 定装置外侧且将被测试件置于恒温状态的恒温箱、加载机构、与加载机构相接的加载装置、 位移传感器和与加载装置相接且对加载装置进行控制的数据采集与处理系统，所述位移传 感器接数据采集与处理系统，所述加载装置与数据采集与处理系统相接，所述加载机构从 被测试件中部穿过，所述试件固定装置上对应开有供加载机构穿过的通孔；所述加载机构 包括能在被测试件内壁上相对转动并相应模拟车轮载重向被测试件内壁施加均勻动态内 压力的多个受压轮和由加载装置带动竖直向下运动且竖直向下运动同时将所述多个受压 轮同步向外压向被测试件内壁的锥形轴，锥形轴的上端部安装在加载装置上，所述多个受 压轮沿圆周方向均勻布设在锥形轴周侧；位移传感器为对受压轮的水平位移进行实时检测 的传感器。所述锥形轴与被测试件同轴设置。所述多个受压轮的数量为三个。所述受压轮的轮轴上下端部分别卡装在上卡件和下卡件之间，所述上卡件和下卡 件均安装在内侧面为倾斜面的固定安装件上，固定安装件与锥形轴同轴设置，且所述受压 轮、上卡件、下卡件和固定安装件组装为一体。所述加载装置位于恒温箱上部，所述恒温箱上部开有供锥形轴穿过的通孔。所述被测试件、所述试件固定装置和加载机构均同轴设置。所述试件固定装置包括上盖板、安装在安装台上的底座以及将上盖板和底座组装 为一体的支撑固定件，所述上盖板和底座均水平设置。所述驱动机构为通过传动轴与底座相接且由数据采集与处理系统进行控制的驱 动电机，所述驱动电机与数据采集与处理系统相接。所述上盖板和底座的结构和尺寸均相同且二者均为圆形板，上盖板位于底座正上方。所述支撑固定件包括支撑柱和螺栓，所述上盖板和底座通过固定在二者之间的支 撑柱和安装在支撑柱与上盖板间连接处的螺栓组装为一体，所述支撑柱的下端部固定在底 座上且其上两端部从上盖板顶部穿出。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、结构简单且加工制作及拆装方便。2、使用操作简便且适用面广，适用于水泥混凝土、浙青混凝土、改良土、重塑土等 多种道路工程材料剪切疲劳寿命的测定，其被测试件制成环状或圆筒状，实验时在特定的 环境温度下，采用多组受压轮在环状或圆筒状试件内壁相对转动的方式实现控制应力的剪 切疲劳加载，并通过改变试件外壁的约束条件，来改变试件内部的受力状况，从而分别模拟 剪切疲劳开裂和剪切永久变形，实验完成后通过对实验数据进行分析便可得到试件的剪切 疲劳寿命。3、加载方式简单方便且测试效果准确，本实用新型巧妙地通过一个由多组受压轮在环状或圆筒状试件内壁相对转动的方式实现剪切疲劳加载，并且通过数据采集与处理系 统对加载机构进行驱动的驱动装置进行控制，以达到对驱动装置的驱动力进行自动监控的 目的，因而无需再对加载机构作用在被测试件的内应力进行测试；同样，带动被测试件连续 转动的驱动机构也由数据采集与处理系统进行控制。4、实验结果非常稳定，测试结果能完整准确反映所检测材料的剪切疲劳寿命。5、实用价值高，采用多组受压轮在浙青混凝土厚壁圆筒或环状试件内壁相对转动 的方式实现控制剪应力的疲劳加载，统一了剪切疲劳开裂和剪切疲劳永久变形累积的加载 方式；同时，在内壁受压轮加载状态不变的情况下，通过外壁约束的改变，可以改变试件的 受力状态，从而本实用新型可以分别模拟剪切疲劳开裂和剪切疲劳引起的永久变形累积实 验。6、既避免了使用复杂的液压伺服系统，又较好地模拟了车轮荷载的变化，使得试 验方式得以大大简化。同时通过调整不同个别受压轮的压力和位置，可以很简单的实现变 幅以及变频疲劳加载，极大地丰富了测试的种类；且实验过程中，对被测试件进行变频疲劳 加载时，频率调整是通过改变被测试件的转动频率，具体是通过控制驱动电机的转速来实 现的来实现的。综上所述，本实用新型结构简单且使用操作方便，在特定的环境温度下，采用多组 受压轮在环状或圆筒状试件内壁相对转动的方式实现控制应力的剪切疲劳加载，使得通过 室内试验评价剪切疲劳开裂和剪切疲劳永久变形累积的共同作用成为可能，能完整准确反 映所检测材料的剪切疲劳寿命。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0025]图1为本实用新型的结构示意图。[0026]图2为本实用新型加载组件的组装结构示意图。[0027]图3为本实用新型的电路框图。[0028]附图标记说明[0029]1-被测试件；2-恒温箱；3--加载机构；[0030]3-1-受压轮；3-2-锥形轴；3--21-螺栓；[0031]3-22-上卡件；3-23-下卡件；3--3-固定安装件[0032]4_加载装置；5_数据采集与处理系统；6--位移传感器；[0033]7-1-上盖板；7-2-底座；7--3-支撑柱；[0034]7-4-螺栓；9-传动轴；1C1-驱动电机；[0035]11-安装台。
具体实施方式如图1、图2及图3所示，本实用新型包括用于水平固定环状或圆筒状被测试件1 的试件固定装置、与所述试件固定装置固定连接且通过所述试件固定装置带动被测试件1 连续转动的驱动机构、设置在所述试件固定装置外侧且将被测试件1置于恒温状态的恒温 箱2、加载机构3、与加载机构3相接的加载装置4、位移传感器6和与加载装置4相接且对加载装置4进行控制的数据采集与处理系统5，所述位移传感器6接数据采集与处理系统5， 所述加载装置4与数据采集与处理系统5相接，所述加载机构3从被测试件1中部穿过，所 述试件固定装置上对应开有供加载机构3穿过的通孔。所述加载机构3包括能在被测试件 1内壁上相对转动并相应模拟车轮载重向被测试件1内壁施加均勻动态内压力的多个受压 轮3-1和由加载装置4带动竖直向下运动且竖直向下运动同时将所述多个受压轮3-1同步 向外压向被测试件1内壁的锥形轴3-2，锥形轴3-2的上端部安装在加载装置4上，所述多 个受压轮3-1沿圆周方向均勻布设在锥形轴3-2周侧。所述位移传感器6为对受压轮3-1 的水平位移进行实时检测的传感器。所述锥形轴3-2为由上至下直径逐渐减小的加载轴。本实施例中，所述锥形轴3-2与被测试件1同轴设置，并且所述被测试件1、所述试 件固定装置和加载机构3均同轴设置。所述多个受压轮3-1的数量为三个，实际操作过程 中，可根据具体需要对受压轮3-1的数量进行相应调整。所述受压轮3-1的轮轴上下端部分别卡装在上卡件3-22和下卡件3_23之间，且 所述上卡件3-22和下卡件3-23均安装在内侧面为倾斜面的固定安装件3-3上，且所述受 压轮3-1、上卡件3-22、下卡件3-23和固定安装件3_3组装为一体并形成整体加载组件。本 实施例中，所述上卡件3-22和下卡件3-23与固定安装件3-3之间均通过螺栓3_21进行固 定连接。所述固定安装件3-3与锥形轴3-2同轴设置。所述加载装置4位于恒温箱2上部，所述恒温箱2上部开有供锥形轴3-2穿过的通 孔。所述试件固定装置包括上盖板7-1、安装在安装台11上的底座7-2以及将上盖板7-1 和底座7-2组装为一体的支撑固定件，所述上盖板7-1和底座7-2均水平设置。所述试件 固定装置与被测试件1组装为一体。所述驱动机构为通过传动轴9与底座7-2相接且由数据采集与处理系统5进行控 制的驱动电机10，所述驱动电机10与数据采集与处理系统5相接。所述上盖板7-1和底 座7-2的结构和尺寸均相同且二者均为圆形板，上盖板7-1位于底座7-2正上方。所述支 撑固定件包括支撑柱7-3和螺栓7-4，所述上盖板7-1和底座7-2通过固定在二者之间的支 撑柱7-3和安装在支撑柱7-3与上盖板7-1间连接处的螺栓7-4组装为一体，所述支撑柱 7-3的下端部固定在底座7-2上且其上两端部从上盖板7-1顶部穿出。本实用新型的工作过程是首先将被测试件1固定在上盖板7-1和底座7-2之间， 之后启动驱动电机10并由驱动电机10相应带动所述试件固定装置连续转动，所述试件固 定装置连续转动同时相应带动固定在其内部的被测试件1同步进行连续转动；在被测试件 1连续转动过程中，启动加载装置4，加载装置4启动后带动锥形轴3-2逐步向下运动以实 现加载，锥形轴3-2逐步向下运动的同时将均勻布设在其周侧的多个受压轮3-1同步向外 压向被测试件1的内壁直至与被测试件1内壁紧密接触，最终实现模拟车轮载重控制向被 测试件1内壁施加均勻动态内压力的剪切疲劳加载过程；实验过程中，位移传感器6实时对 受压轮3-1的水平位移进行检测并将所检测数据同步上传至数据采集与处理系统5，所述 数据采集与处理系统5对所加载装置4和驱动电机10进行相应控制并对加载装置4和驱 动电机10的工作参数以及位移传感器6所检测数据进行综合分析处理，得出被测试件1的 剪切疲劳寿命。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根 据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求一种剪切疲劳测试仪，其特征在于包括用于水平固定环状或圆筒状被测试件(1)的试件固定装置、与所述试件固定装置固定连接且通过所述试件固定装置带动被测试件(1)连续转动的驱动机构、设置在所述试件固定装置外侧且将被测试件(1)置于恒温状态的恒温箱(2)、加载机构(3)、与加载机构(3)相接的加载装置(4)、位移传感器(6)和与加载装置(4)相接且对加载装置(4)进行控制的数据采集与处理系统(5)，所述位移传感器(6)接数据采集与处理系统(5)，所述加载装置(4)与数据采集与处理系统(5)相接，所述加载机构(3)从被测试件(1)中部穿过，所述试件固定装置上对应开有供加载机构(3)穿过的通孔；所述加载机构(3)包括能在被测试件(1)内壁上相对转动并相应模拟车轮载重向被测试件(1)内壁施加均匀动态内压力的多个受压轮(3-1)和由加载装置(4)带动竖直向下运动且竖直向下运动同时将所述多个受压轮(3-1)同步向外压向被测试件(1)内壁的锥形轴(3-2)，锥形轴(3-2)的上端部安装在加载装置(4)上，所述多个受压轮(3-1)沿圆周方向均匀布设在锥形轴(3-2)周侧；位移传感器(6)为对受压轮(3-1)的水平位移进行实时检测的传感器。
2.按照权利要求1所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述锥形轴(3-2)与被 测试件(1)同轴设置。
3.按照权利要求1或2所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述多个受压轮 (3-1)的数量为三个。
4.按照权利要求2所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述受压轮(3-1)的轮 轴上下端部分别卡装在上卡件(3-22)和下卡件(3-23)之间，所述上卡件(3-22)和下卡 件(3-23)均安装在内侧面为倾斜面的固定安装件(3-3)上，固定安装件(3-3)与锥形轴 (3-2)同轴设置，且所述受压轮(3-1)、上卡件(3-22)、下卡件(3-23)和固定安装件(3_3) 组装为一体。
5.按照权利要求1或2所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述加载装置(4)位 于恒温箱(2)上部，所述恒温箱(2)上部开有供锥形轴(3-2)穿过的通孔。
6.按照权利要求2所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述被测试件(1)、所述 试件固定装置和加载机构(3)均同轴设置。
7.按照权利要求1或2所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述试件固定装置 包括上盖板(7-1)、安装在安装台(11)上的底座(7-2)以及将上盖板(7-1)和底座(7-2) 组装为一体的支撑固定件，所述上盖板(7-1)和底座(7-2)均水平设置。
8.按照权利要求7所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述驱动机构为通过传 动轴(9)与底座(7-2)相接且由数据采集与处理系统(5)进行控制的驱动电机(10)，所述 驱动电机(10)与数据采集与处理系统(5)相接。
9.按照权利要求7所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述上盖板(7-1)和底 座(7-2)的结构和尺寸均相同且二者均为圆形板，上盖板(7-1)位于底座(7-2)正上方。
10.按照权利要求7所述的一种剪切疲劳测试仪，其特征在于所述支撑固定件包括支 撑柱(7-3)和螺栓(7-4)，所述上盖板(7-1)和底座(7-2)通过固定在二者之间的支撑柱 (7-3)和安装在支撑柱(7-3)与上盖板(7-1)间连接处的螺栓(7-4)组装为一体，所述支撑 柱(7-3)的下端部固定在底座(7-2)上且其上两端部从上盖板(7-1)顶部穿出。
专利摘要本实用新型公开了一种剪切疲劳测试仪，包括试件固定装置、与试件固定装置固定连接且通过试件固定装置带动被测试件连续转动的驱动机构、设置在试件固定装置外侧的恒温箱、加载机构、与加载机构相接的加载装置、数据采集与处理系统和位移传感器；所述加载机构包括能在被测试件内壁上相对转动并相应模拟车轮载重向被测试件内壁施加均匀动态内压力的多个受压轮和由加载装置带动竖直向下运动且竖直向下运动同时将所述多个受压轮同步向外压向被测试件内壁的锥形轴。本实用新型结构简单、设计新颖合理且使用操作简便，特定环境温度下采用多组受压轮在被测试件内壁相对转动的方式实现控制应力的剪切疲劳加载，能完整准确反映所检测材料的剪切疲劳寿命。
文档编号G01N3/24GK201583459SQ20092027485
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者李晓军, 王国清, 王晓华, 高民欢 申请人:西安科技大学
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