基于3d打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，包含有頂板，所述頂板的四角設有外框架，所述外框架通過夾固器與所述頂板實現(xiàn)連接，所述外框架的四周設有幫板，所述頂板和幫板上均勻分布有數(shù)個加壓塊；通過在頂板和幫板上設置數(shù)個加壓塊并結合本發(fā)明提供的使用方法，便于建立模擬環(huán)境的立體關系，實現(xiàn)了各種環(huán)境的立體模擬，保證了數(shù)據(jù)獲取的準確性。
【專利說明】
基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及礦山相似材料模擬試驗領域，具體涉及一種基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]相似材料模擬試驗是研究煤巖體受采動影響的應力、應變狀態(tài)變化以及礦山壓力顯現(xiàn)特征的重要手段和主要方法。現(xiàn)有的模擬試驗裝置由底座、底板、幫板、左右立柱和頂梁構成，采用黃沙、水泥等材料人工鋪設、云母片分層等粗放模式，多為相似模擬某一截面的煤巖體，較難模擬現(xiàn)場復雜的采場、巷道等的立體關系；受相似模擬試驗裝置結構限制，多為對模型施加平面均布載荷，無法對頂、底板失穩(wěn)變形及兩幫變形等進行有效立體模擬。
【發(fā)明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及使用步驟，以達到便于實現(xiàn)環(huán)境的立體模擬和保證數(shù)據(jù)獲取的準確性的目的。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0005]—種基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，包含有頂板，所述頂板的四角設有外框架，所述外框架通過夾固器與所述頂板實現(xiàn)連接，所述外框架的四周設有幫板，所述頂板和幫板上均勻分布有數(shù)個加壓塊。
[0006]本發(fā)明通過在頂板和幫板上設置數(shù)個加壓塊便于建立模擬環(huán)境的立體關系，實現(xiàn)了各種環(huán)境的立體模擬，保證了數(shù)據(jù)獲取的準確性。
[0007]作為優(yōu)選的，所述外框架包含有一塊呈矩形的底板和四根立柱導軌，所述立柱導軌固定連接在所述底板的四個角上，所述底板上均勻分布有數(shù)個限位孔。通過外框架的底板和立柱導軌保證的外框架的穩(wěn)定性，并通過底板上分布限位孔，便于獲取模擬環(huán)境底部的相關數(shù)據(jù)。
[0008]作為優(yōu)選的，所述頂板包含有頂部限位板，所述頂部限位板上也均勻分布有數(shù)個限位孔，所述頂部限位板的四周包含有頂部橫梁，所述頂部橫梁的兩端設有榫頭，所述立柱導軌上設有與榫頭相適配的滑動槽，所述頂部橫梁通過滑動槽和頂部橫梁兩端的榫頭固定連接在所述立柱導軌上。通過在頂板上分布數(shù)個限位孔，便于模擬環(huán)境的頂部進行實驗，利用頂部橫梁兩端的榫頭實現(xiàn)立柱導軌和頂板的連接。
[0009]作為優(yōu)選的，所述幫板的頂部與所述頂部橫梁相銜接，所述幫板的底部與所述頂板實現(xiàn)連接，所述幫板的左右兩側均設有榫頭，所述榫頭與所述立柱導軌的滑動槽相適配，所述幫板上也均勻分布有限位孔。利用幫板上的限位孔實現(xiàn)對模擬環(huán)境四周的調整以及數(shù)據(jù)的獲取。
[0010]作為優(yōu)選的，所述夾固器包含有夾固塊，所述夾固塊的中心設有與所述立柱導軌相配套的榫孔，所述夾固塊的側面還設有螺孔，所述螺孔上設有與螺孔相適配的螺栓。利用夾固塊和螺栓實現(xiàn)了夾固器和立柱導軌之間的固定連接。
[0011]作為優(yōu)選的，所述加壓塊包含有呈圓柱體狀活塞桿和成長方體狀的加壓頭，所述活塞桿固定連接在所述加壓頭的中心，所述活塞桿與所述限位孔相適配，所述加壓頭置于整個裝置的內部，所述活塞桿穿過所述限位孔，所述活塞桿的另一端連接氣壓缸。通過氣壓缸對活塞桿進行施加壓力，保證了模擬環(huán)境的精確性。
[0012]還一方面，本發(fā)明提供了基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置的使用方法，包含有如下步驟:
[0013](I).將礦山實際情況按比例縮小，采用砂型3D打印機逐層打印成試件并安置于底板上，并根據(jù)試驗要求在試件內預置感應片；
[0014](2).將幫板通過左右兩側的榫頭沿著所述立柱導軌上的滑動槽插入立柱導軌內；
[0015](3).將頂板通過頂部橫梁兩端的榫頭插入立柱導軌的滑動槽內；
[0016](4).將夾固器中部的榫孔對準立柱導軌插入，將夾固器移動到合適位置是擰緊螺栓；
[0017](5).將感應片連接相適配的測量儀器，利用氣壓缸向活塞桿施加壓力進行環(huán)境模擬，由于每個活塞桿都單獨連接一個對應的氣壓缸，因此可以實現(xiàn)不同部位施加不同的壓力，通過測量儀器隨時記錄下應力變化情況；
[0018](6).根據(jù)步驟(5)中的數(shù)據(jù)進行相應的數(shù)據(jù)分析，得出相應的結論。
[0019]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0020]1.本發(fā)明通過在頂板和幫板上設置數(shù)個加壓塊并結合本發(fā)明提供的使用方法，便于建立模擬環(huán)境的立體關系，實現(xiàn)了各種環(huán)境的立體模擬，保證了數(shù)據(jù)獲取的準確性。
[0021]2.本發(fā)明通過外框架的底板和立柱導軌保證的外框架的穩(wěn)定性，并通過底板上分布限位孔，便于獲取模擬環(huán)境底部的相關數(shù)據(jù)。
[0022]3.本發(fā)明通過在頂板上分布數(shù)個限位孔，便于模擬環(huán)境的頂部進行實驗，利用頂部橫梁兩端的榫頭實現(xiàn)立柱導軌和頂板的連接。
[0023]4.本發(fā)明利用幫板上的限位孔實現(xiàn)對模擬環(huán)境四周的調整以及數(shù)據(jù)的獲取。
[0024]5.本發(fā)明利用夾固塊和螺栓實現(xiàn)了夾固器和立柱導軌之間的固定連接。
[0025]6.本發(fā)明通過氣壓缸對活塞桿進行施加壓力，保證了模擬環(huán)境的精確性。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0027]圖1為本發(fā)明實施例公開的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置的結構示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例公開的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置中外框架的結構示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例公開的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置中頂板的結構示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例公開的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置中夾固器的結構示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明實施例公開的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置中加壓塊的結構示意圖。
[0032]圖中數(shù)字和字母所表示的相應部件名稱:
[0033]1.頂板11.頂部限位板12.頂部橫梁13.榫頭2.外框架21.底板
[0034]22.立柱導軌23.限位孔3.夾固器31.夾固塊32.榫孔33.螺孔
[0035]34.螺栓4.幫板5.加壓塊51.活塞桿52.加壓頭。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0037]本發(fā)明提供了基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及方法，其工作原理是通過在頂板和幫板上設置數(shù)個加壓塊并結合本發(fā)明提供的使用方法，便于建立模擬環(huán)境的立體關系，實現(xiàn)了各種環(huán)境的立體模擬，保證了數(shù)據(jù)獲取的準確性。
[0038]下面結合實施例和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0039]如圖1-圖5所示，一種基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，包含有頂板I，所述頂板的四角設有外框架2，所述外框架通過夾固器3與所述頂板實現(xiàn)連接，所述外框架的四周設有幫板4，所述頂板和幫板上均勻分布有數(shù)個加壓塊5。
[0040]本發(fā)明通過在頂板和幫板上設置數(shù)個加壓塊便于建立模擬環(huán)境的立體關系，實現(xiàn)了各種環(huán)境的立體模擬，保證了數(shù)據(jù)獲取的準確性。
[0041]值得注意的是，所述外框架2包含有一塊呈矩形的底板21和四根立柱導軌22，所述立柱導軌固定連接在所述底板的四個角上，所述底板上均勻分布有數(shù)個限位孔23。通過外框架的底板和立柱導軌保證的外框架的穩(wěn)定性，并通過底板上分布限位孔，便于獲取模擬環(huán)境底部的相關數(shù)據(jù)。
[0042]值得注意的是，所述頂板I包含有頂部限位板11，所述頂部限位板上也均勻分布有數(shù)個限位孔，所述頂部限位板的四周包含有頂部橫梁12，所述頂部橫梁的兩端設有榫頭13，所述立柱導軌上設有與榫頭相適配的滑動槽，所述頂部橫梁通過滑動槽和頂部橫梁兩端的榫頭固定連接在所述立柱導軌上。通過在頂板上分布數(shù)個限位孔，便于模擬環(huán)境的頂部進行實驗，利用頂部橫梁兩端的榫頭實現(xiàn)立柱導軌和頂板的連接。
[0043]值得注意的是，所述幫板4的頂部與所述頂部橫梁相銜接，所述幫板的底部與所述頂板實現(xiàn)連接，所述幫板的左右兩側均設有榫頭，所述榫頭與所述立柱導軌的滑動槽相適配，所述幫板上也均勻分布有限位孔。利用幫板上的限位孔實現(xiàn)對模擬環(huán)境四周的調整以及數(shù)據(jù)的獲取。
[0044]值得注意的是，所述夾固器3包含有夾固塊31，所述夾固塊的中心設有與所述立柱導軌相配套的榫孔32，所述夾固塊的側面還設有螺孔33，所述螺孔上設有與螺孔相適配的螺栓34。利用夾固塊和螺栓實現(xiàn)了夾固器和立柱導軌之間的固定連接。
[0045]值得注意的是，所述加壓塊5包含有呈圓柱體狀活塞桿51和成長方體狀的加壓頭52，所述活塞桿固定連接在所述加壓頭的中心，所述活塞桿與所述限位孔相適配，所述加壓頭置于整個裝置的內部，所述活塞桿穿過所述限位孔，所述活塞桿的另一端連接氣壓缸。通過氣壓缸對活塞桿進行施加壓力，保證了模擬環(huán)境的精確性。
[0046]還一方面，本發(fā)明提供了基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置的使用方法，包含有如下步驟:
[0047](I).將礦山實際情況按比例縮小，采用砂型3D打印機逐層打印成試件并安置于底板上，并根據(jù)試驗要求在試件內預置感應片；
[0048](2).將幫板通過左右兩側的榫頭沿著所述立柱導軌上的滑動槽插入立柱導軌內；
[0049](3).將頂板通過頂部橫梁兩端的榫頭插入立柱導軌的滑動槽內；
[0050](4).將夾固器中部的榫孔對準立柱導軌插入，將夾固器移動到合適位置是擰緊螺栓；
[0051](5).將感應片連接相適配的測量儀器，利用氣壓缸向活塞桿施加壓力進行環(huán)境模擬，由于每個活塞桿都單獨連接一個對應的氣壓缸，因此可以實現(xiàn)不同部位施加不同的壓力，通過測量儀器隨時記錄下應力變化情況；
[0052](6).根據(jù)步驟(5)中的數(shù)據(jù)進行相應的數(shù)據(jù)分析，得出相應的結論。
[0053]通過以上的方式，本發(fā)明所提供的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及方法，通過在頂板和幫板上設置數(shù)個加壓塊并結合本發(fā)明提供的使用方法，便于建立模擬環(huán)境的立體關系，實現(xiàn)了各種環(huán)境的立體模擬，保證了數(shù)據(jù)獲取的準確性。
[0054]以上所述的僅是本發(fā)明所公開的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置及方法的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，其特征在于，包含有頂板，所述頂板的四角設有外框架，所述外框架通過夾固器與所述頂板實現(xiàn)連接，所述外框架的四周設有幫板，所述頂板和幫板上均勻分布有數(shù)個加壓塊。2.根據(jù)權利要求1所述的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，其特征在于，所述外框架包含有一塊呈矩形的底板和四根立柱導軌，所述立柱導軌固定連接在所述底板的四個角上，所述底板上均勻分布有數(shù)個限位孔。3.根據(jù)權利要求2所述的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，其特征在于，所述頂板包含有頂部限位板，所述頂部限位板上也均勻分布有數(shù)個限位孔，所述頂部限位板的四周包含有頂部橫梁，所述頂部橫梁的兩端設有榫頭，所述立柱導軌上設有與榫頭相適配的滑動槽，所述頂部橫梁通過滑動槽和頂部橫梁兩端的榫頭固定連接在所述立柱導軌上。4.根據(jù)權利要求2所述的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，其特征在于，所述幫板的頂部與所述頂部橫梁相銜接，所述幫板的底部與所述頂板實現(xiàn)連接，所述幫板的左右兩側均設有榫頭，所述榫頭與所述立柱導軌的滑動槽相適配，所述幫板上也均勻分布有限位孔。5.根據(jù)權利要求2所述的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，其特征在于，所述夾固器包含有夾固塊，所述夾固塊的中心設有與所述立柱導軌相配套的榫孔，所述夾固塊的側面還設有螺孔，所述螺孔上設有與螺孔相適配的螺栓。6.根據(jù)權利要求3-5中任一項所述的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置，其特征在于，所述加壓塊包含有呈圓柱體狀活塞桿和成長方體狀的加壓頭，所述活塞桿固定連接在所述加壓頭的中心，所述活塞桿與所述限位孔相適配，所述加壓頭置于整個裝置的內部，所述活塞桿穿過所述限位孔，所述活塞桿的另一端連接氣壓缸。7.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的基于3D打印的三維礦山相似材料模擬試驗裝置的使用方法，包含有如下步驟: (1).將礦山實際情況按比例縮小，采用砂型3D打印機逐層打印成試件并安置于底板上，并根據(jù)試驗要求在試件內預置感應片； (2).將幫板通過左右兩側的榫頭沿著所述立柱導軌上的滑動槽插入立柱導軌內； (3).將頂板通過頂部橫梁兩端的榫頭插入立柱導軌的滑動槽內； (4).將夾固器中部的榫孔對準立柱導軌插入，將夾固器移動到合適位置是擰緊螺栓； (5).將感應片連接相適配的測量儀器，利用氣壓缸向活塞桿施加壓力進行環(huán)境模擬，由于每個活塞桿都單獨連接一個對應的氣壓缸，因此可以實現(xiàn)不同部位施加不同的壓力，通過測量儀器隨時記錄下應力變化情況； (6).根據(jù)步驟(5)中的數(shù)據(jù)進行相應的數(shù)據(jù)分析，得出相應的結論。
【文檔編號】G01N33/24GK106053765SQ201610598662
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月27日 公開號201610598662.2, CN 106053765 A, CN 106053765A, CN 201610598662, CN-A-106053765, CN106053765 A, CN106053765A, CN201610598662, CN201610598662.2
【發(fā)明人】高杰, 梁寧寧, 張益東, 王方田
【申請人】中國礦業(yè)大學