[發(fā)明專利]用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置及其測試方法

有效

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• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104482913A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 李順群;馮慧強;張少峰;張培印;王英紅;王彥洋;王杏杏
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發(fā)明屬于工程中的變形和應變測試技術領域，特別是一種用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置及其測試方法，通過該裝置獲得的六個方向上的線應變并結合應變方向，

背景技術

物體的變形和應變測量是工程中的一項基礎性工作，是進行量化力學分析和工程安全性評價的前提，具有不可替代的作用。尤其在土木工程、水利工程、交通工程等基礎設施建設中，準確獲得諸如混凝土、巖土體等材料的一般應變狀態(tài)和主應變、最大剪應變、體應變、廣義剪應變、八面體應變等，并進一步由應變狀態(tài)計算得到當前的應力狀態(tài)，是工程建設的需要。

應變和應力測試可以通過應變片或鋼筋計完成，若想獲得某一確定方向上的應變量值或應力大小，可以通過在該方向上布置應變片或鋼筋計的方式實現(xiàn)。對于平面應變問題和平面應力問題，當無法確定主應力方向或主應變方向時，可以通過在物體表面張貼常規(guī)應變花測得。

常規(guī)應變花由三個應變片組成，根據(jù)應變片之間的不同角度，應變花可以有多種形式，包括直角應變花、等邊三角形應變花等等。但應變花只能測得某一平面上的應變狀態(tài)，而在工程實踐中，往往需要測得某一物體內(nèi)部的三維應變狀態(tài)。比如，在混凝土結構中，往往需要了解混凝土構件內(nèi)部某點的三維應變狀態(tài)和應力狀態(tài)；在巖土工程中，確定巖土體內(nèi)部的應變狀態(tài)對工程健康診斷和災害預防是非常重要的；在地質(zhì)工程中，應變和位移監(jiān)測是滑坡預防、滑坡預警和滑坡治理的前提。

目前，工程上應變測試領域存在的主要問題是：只能獲得某一確定方向或某一確定平面上的應變和應力數(shù)據(jù)，常規(guī)的直角應變花、45°—3直角應變花、60°—3等角應變花只能測得某一平面的應變數(shù)據(jù)，對三維空間一點的應變狀態(tài)卻無法計算得到。目前，對物體的三維應變測量并沒有見諸于文獻，然而，實際的工程實體都是三維的。因此，現(xiàn)有測試方法獲得的某處的應變狀態(tài)數(shù)據(jù)都是片面的、不全面的、不完整的。尋求一種簡潔、高效、適用的能測試三維應變狀態(tài)的裝置，對解決工程問題具有重要的現(xiàn)實意義，也是一項迫切的科研課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置及其測試方法，以利于工程中受力構件內(nèi)部的應變狀態(tài)測試。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是提供用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置，其中：該裝置的結構包括有12個應變片，12個應變片布置形式為兩個應變片為一組，分別粘貼在正四面體的六條棱上，將六條棱鉸接組成正四面體骨架OABC。

同時提供一種用于測試三維應變狀態(tài)的的測試及方法。

本發(fā)明的效果是該裝置及測試方法是一種價格廉價、計算方法簡單、構造合理、操作方便的三維應變測試裝置和方法。為更好認識受力體內(nèi)部的應變狀態(tài)和應力狀態(tài)提供一種直接有效的手段。將三維應變花置于待測材料(混凝土、巖土體)內(nèi)部，讀取的三維應變花6條棱上的12個應變值。根據(jù)測得的應變值以及三維應變花與待測材料的空間位置關系，可以根據(jù)需要計算待測物體的主應變、最大剪應變、體應變、廣義剪應變大小及方向。本發(fā)明填補了對物體三維應變狀態(tài)測量的空白。

附圖說明

圖1為本發(fā)明接觸式三維應變花示意圖；

圖2為本發(fā)明應變片軸線的方向余弦計算；

圖3-1、3-2、3-3分別為常規(guī)直角應變花、45°—3應變花、60°—3應變花示意圖；

圖4為土體—溫度變化曲線；

圖5為土體—平均線應變變化曲線。

圖中：

1、應變片?2、正四面體棱?3、直角應變花?4、45°—3應變花

5、60°—3應變花

具體實施方式

結合附圖對本發(fā)明的用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置及其測試方法加以說明。

本發(fā)明用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置設計思想是基于：空間一點的一般應變狀態(tài)表示方法包括三個正應變和三個剪應變共六個分量，因此確定空間一點的應變狀態(tài)需要在六個不同的方向上布置測試原件。

該用于測試三維應變狀態(tài)的測試裝置的結構包括有12個應變片，12個應變片布置形式為兩個應變片為一組，可以相互檢測印證，也可以求平均，減小偶然誤差，對稱布置于正四面體的六條棱上，將六條棱鉸接組成正四面體骨架OABC。

如圖1所示，該裝置由12個應變片1組成，應變片的軸線2構成一個正四面體的邊棱。根據(jù)圖2所示幾何關系，計算各應變片軸線的方向余弦，即

r＝sinαcosβ????(1)

s＝sinαsinβ????(2)

t＝cosα????(3)