(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221046243 0.X (22)申请日 2022.04.28 (71)申请人 沈阳建筑大学 地址 110168 辽宁省沈阳市 浑南区浑南中 路25号 (72)发明人 侯世伟　侯金招　孟素云　郭超　 (74)专利代理 机构 沈阳优普达知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 21234 专利代理师 陈曦 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 CFRP-磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压 缩试验装置及方法 (57)摘要 本发明CFRP‑磁流变弹性体辅助加载的脆性 材料压缩试验装置及方法， 装置包括： 荷载框架、 支撑机构、 压力机构和数据采集处理机构； 荷载 框架分为上、 下两层， 上层用于放置试样， 下层安 装压力机构， 压力机构从下方向试样施加轴向压 力； 数据采集处理机构 包括： 载荷传感器、 位移传 感器和控制器， 载荷传感器安装在试样顶部以测 量轴向压力， 位移传感器设在试样侧面以测量应 变， 控制器根据轴向压力和应变绘制应力 ‑应变 曲线； 设有两个支撑机构， 安装在式样两侧， 支 撑 机构包括CFRP柱芯及其外部设置的磁流变弹性 体， 磁流变弹性体外部绕设线圈， 通过控制器控 制线圈通电。 本装置可对试样的压力迅速调节， 其测量的应力 ‑应变曲线准确， 结构简单， 便于操 作。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115032079 A 2022.09.09 CN 115032079 A 1.CFRP‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征在于， 包括： 荷载框 架、 支撑机构、 压力机构和数据采集处理机构； 所述荷载框架分为上、 下两层， 上层用于放置 试样， 下层安装压力机构， 所述压力机构从下方向试样施加轴向压力； 数据采集处理机构包 括： 载荷传感器、 位移传感器和控制器， 载荷传感器安装在试样顶部以测量压力机构施加的 轴向压力， 位移传感器设在试样侧 面以测量试样的应变， 所述控制 器根据轴向压力和应变 绘制应力 ‑应变曲线； 装置 设有两个支撑机构， 支撑机构设置在荷载框架的上层并对称设置 在试样两侧， 支撑机构包括CFRP柱芯、 磁流变弹性体、 线圈和铅筒， 磁流变弹性体包裹在 CFRP柱芯外部， 磁流变弹性体外部绕设多层线圈， 相 邻两层线圈间设置铅筒， 通过控制器控 制线圈通电或断电。 2.如权利要求1所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 所述荷载框架包括： 下横梁、 加压板、 上横梁、 上立柱和下立柱； 所述下横梁上设有两 根下立柱， 下立柱上设置上立柱， 上立柱的顶端支撑固定在上横梁的底面； 所述上立柱的直 径小于下立柱的直径， 所述加压板上设有两个通孔， 两根上立柱穿过对应通孔， 加压板的底 面支撑在下立柱的顶端且可沿上立柱上、 下移动； 所述上横梁的底面和下横梁的顶面都设 有垫片， 试样顶部安装载荷传感器后再整体安装到两个垫片之间； 所述上横梁的底面设有 两个圆柱垫块， 所述支撑机构设置在加压板和圆柱垫块之间； 所述压力机构设置在下横梁 上， 压力机构通过加压 板的传递实现对试样施加轴向压力。 3.如权利要求2所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 支撑机构为圆柱体结构， 磁流变弹性体的外径小于最内层线圈的内径且留有0.5c m的 空间， 以便容纳磁流变弹性体竖向压缩导致的横向膨胀， 在最外层线圈的外部包裹铍青铜 合金外壳， 减少磁场扩散 。 4.如权利要求3所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 所述圆柱垫块的直径大于磁流变弹性体的外径且小于最内层线圈的内径， 圆柱垫块 的中心轴与磁流变弹性体中心轴在同一直线上； 施加轴向压力 之前， 圆柱垫块与磁流变弹 性体接触， 在压缩 试件过程中圆柱垫块能够 插入到最内层 线圈中压缩CFRP和磁流变弹性体 构成的夹心 柱。 5.如权利要求1所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 所述压力机构为液压油缸， 通过控制器控制液压油缸的进油和退油。 6.如权利要求1所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 所述上横梁、 加压板、 下横梁、 上立柱、 下立柱、 圆柱垫块和垫片均是由防磁不锈钢制 成， 其导磁率为1.001～1.01H /m， 杨氏模量 为200GPa， 密度为7.7g/ cm3。 7.如权利要求1所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 所述CFRP柱芯以碳纤维作为增强体， 以树脂作为基体， 经拉挤、 缠绕、 模压成型工艺胶 结而成的一种高性能复合材料； 所述碳纤维由有机纤维经高温碳化及石墨化制备而得， 密 度1.8g/cm3， 是含碳量在90％以上的微晶石墨材 料。 8.如权利要求1所述的CFRP ‑磁流变弹性体辅助加载的脆性材料压缩试验装置， 其特征 在于， 所述磁流变弹性体的制备过程为： 将橡胶基体、 磁性颗粒以及所有填充物料放入炼胶 机中， 机械均匀搅拌后再置于高温下真空桶中脱泡， 再将其注入到铝制模具内； 把硫化剂和 硫化促进剂倒入模具内高温下硫化， 硫化同时施加磁场制备各向异 性的筒状的磁流变弹性权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115032079 A 2体。 9.CFRP‑磁流变弹性体辅助加载的脆 性材料压缩试验方法， 其特 征在于， 包括： (1)制作若干尺寸、 成分都相同的岩石试样； 安装试样、 荷载传感器、 位移传感器， 将液 压油缸的油泵以及各传感器与控制器连接； (2)在线圈不通电的情况下开始加压， 直至试件破坏， 将荷载传感器采集的峰值压力Nf 输入到控制器； (3)重新放入新的试件进行加压， 在应力 ‑应变曲线上升前期阶段， 线圈不通电， 磁流变 弹性体的刚度较低， 弹性较强； (4)当试件压力达到0.8Nf时， 控制器控制向线圈供电， 产生磁感应强度为2T的磁场， 磁 流变弹性体刚度变大， CFRP ‑磁流变弹性体夹心 柱的刚度增大； (5)当试件到达极限承载力后， 承载力开始下降， 由于夹心柱的支撑作用， 试样承担的 压力减小， 防止 了试验机回弹的现象， 此 过程中， 液压油缸一 直进油加压； (6)应力‑应变曲线下降段曲线后期， 试件承载力降低不多， 当试样承载力下降到0.3Nf 时， 调节电流大小， 磁场的磁感应强度控制在0.8T～1.2T， 降低磁流变弹性体的刚度， 提高 应变速率； (7)控制器对各传感器采集的数据进行计算、 处理， 最后求得完整的应力 ‑应变曲线， 通 过显示屏进行显示。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115032079 A 3