[發明專利]一種顆粒介質等效力學參數測量系統

無效

• 申請號: 201110318981.0
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102359927A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 馬少鵬;劉程林;馬沁巍;蔡小兵;蘇煜;王洪濤;孫立斌
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 北京萬慧達知識產權代理有限公司 11111
• 代理人: 楊穎;張一軍

技術領域

本發明屬于一種力學參數測量系統，特別是針對不同顆粒大小，不同比例要求的顆粒介質的力學參數進行測量的系統。?

背景技術

顆粒介質(或稱為散體)廣泛存在于生產生活中，在設計顆粒介質容器時，需要了解顆粒介質的力學特性。例如在設計谷倉時，需要將谷物等效為一種連續的力學介質進行計算分析來評價其對谷倉壁的壓力。而利用實驗測量散體介質的等效力學參數是解決上述問題的關鍵步驟。?

測量顆粒介質的等效力學參數的方法有多種，主要有動態測量和靜態測量兩種方式。動態測量主要是通過測量顆粒介質的動態響應來反推材料參數。例如聲波測量方法通過測量聲波在樣品中的波速來推算樣品的力學參數，具體的做法為：將顆粒介質(樣品)放置于聚乙烯圓筒中，圓筒的兩端有兩個中空的活塞，兩個活塞的端部分別安裝壓電材料做成的發射器和接收器，發射器發出聲波，通過活塞中的氣體傳至樣品中。聲波通過樣品后，引發另一側的活塞發生移動，再由PZT轉換成電信號接收，計算出波速后以反解出樣品的彈性常數。由于波速測量中需要波長遠大于樣品的顆粒尺寸，因而此實驗測量需要容器尺寸很大才能滿足一定測量精度，使得這種方法的實施存在一定的局限性。?

靜態測量是通過向樣品緩慢施加測試載荷，同時直接測量樣品的應力和變形，通過材料力學理論求解樣品的材料參數。土力學中常用的三軸試驗儀即是按此種原理設計的儀器，但由于其只能監測樣品一個方向的應力和變形，所以只能給出彈性模量和泊松比之間的關系，而不能單獨測量出樣品的彈性模量和泊松比。如果想分別測量出彈性模量和泊松比，必須能夠測量到被測物兩個方向上的信息。?

圖1顯示了一種靜態測量方法的測量裝置(申請號為No.P-340014?的波蘭專利申請)，包括兩個半圓筒壁104對接構成的容器側壁，在所述容器側壁和底板105構成的容器中盛放被測顆粒介質；蓋板102蓋壓在被測顆粒介質上，測試載荷通過壓頭施加在蓋板102上，進而施加在被測顆粒介質上，壓頭上設置測試載荷傳感器101。一個半圓筒壁104固定在基座上，另一個半圓筒壁104活動設置，在兩個半圓筒壁104對接處設置水平載荷傳感器103。在測量時向蓋板102施加測試載荷，同時測量蓋板102的位移，以及水平載荷傳感器103獲取的橫向力，然后計算出被測顆粒介質的彈性模量和泊松比。?

圖1所示測量裝置存在下列問題：半圓筒壁104準確對接需要具有較高的精度才能實現，因此，容器側壁104的結構比較復雜，加工難度大；另外，當加載力較大時，由于傳感器剛度有限筒壁不可避免的發生較大位移，若要避免該位移的發生，則需要設計伺服裝置將筒壁推回原位，這樣必然使裝置更加復雜，成本大大提高；最后，當需要進行縮比實驗時，由于容器的容積不可變，需要加工多個不同容積的測量裝置，實驗成本進一步提高。?

發明內容

為了解決現有顆粒介質等效力學參數測量裝置存在的結構復雜和實驗成本高的問題，本發明提供了一種顆粒介質等效力學參數測量系統，其結構簡單，容積可調，可滿足縮比實驗要求。?

本發明的技術方案如下：?

一種顆粒介質等效力學參數測量系統，包括容納顆粒介質的剛性開口容器，所述剛性開口容器的容腔的形狀為長方體；在所述容腔的側壁上設置有壓力傳感器和位移傳感器；在所述容腔內活動設置有顆粒介質壓力傳遞部件，所述顆粒介質壓力傳遞部件的一側與所述壓力傳感器和所述位移傳感器觸壓，所述顆粒介質壓力傳遞部件的另一側的所述容腔容納所述顆粒介質；還包括容積調節板，所述容積調節板調整容納所述顆粒介質的空間的容積。?

優選的，所述容積調節板為矩形板。?

優選的，所述調節板的數量至少為4。?

優選的，所述壓力傳感器的數量為4，所述位移傳感器的數量為1。?

優選的，所述位移傳感器和所述壓力傳感器設置在同一所述容器的側壁上，所述位移傳感器的軸線與所述容腔的側壁的中心相交，所述4個壓力傳感器的連線在所述容腔的側壁上形成矩形，所述容腔的側壁的中心與所述壓力傳感器形成的矩形的中心重合。?

優選的，所述顆粒介質壓力傳遞部件為矩形的壓力傳遞板。?

優選的，所述壓力傳遞板與所述容腔的底板接觸的邊緣上設置有滾輪或滾珠。?

優選的，所述壓力傳遞板的邊緣與所述容腔的側壁之間為間隙配合。?

優選的，在所述剛性開口容器的開口處設置有蓋壓所述顆粒介質的加載蓋板。?