[發明專利]砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201710036455.2
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106813977B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 金煒楓;王鑫;張力友;鄧陳艷;程澤海
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院（浙江中德科技促進中心）
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 董建軍

1.一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置，其特征在于：其包括載荷施加裝置、膠結區成形裝置、標志點噴涂裝置、粒子圖像測速裝置和數據采集及控制系統；所述載荷施加裝置包括底座、施力桿和直線式超聲電機；所述膠結區成形裝置包括兩個半球顆粒以及依次連接的水泵、半圓截面有機玻璃套管、注射細管和納米硅溶膠儲存容器，兩個半球顆粒放置于半圓截面有機玻璃套管內，有機玻璃套管的側邊開兩個孔，開孔處位于兩半球顆粒之間，一側開孔與水泵連接，另一側開孔與注射細管連接；所述粒子圖像測速裝置包括PIV用數碼相機和光源設備；所述數據采集及控制系統分別與載荷施加裝置和粒子圖像測速裝置連接。

2.根據權利要求1所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置，其特征在于：所述水泵、半圓截面有機玻璃套管、注射細管和納米硅溶膠儲存容器之間可拆卸連接。

3.根據權利要求1所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置，其特征在于：兩個半球顆粒分別為A半球顆粒和B半球顆粒，A半球顆粒位于B半球顆粒上方。

4.根據權利要求3所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置，其特征在于：所述半圓截面有機玻璃套管橫截面上半圓直徑與兩個半球顆粒的直徑相匹配。

5.根據權利要求3所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置，其特征在于：兩個半球顆粒直徑為1mm，半球顆粒的材料為二氧化硅。

6.根據權利要求3所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置，其特征在于：所述底座中心設有一凹槽，凹槽形狀與二分之一的半球顆粒形狀相匹配。

7.一種如權利要求 3-6中任意一項所述的砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置的測量方法，其特征在于：其包括下述步驟：

步驟1：半圓截面有機玻璃套管的側邊的一個孔與水泵連接，另一個孔與注射細管連接，然后有機玻璃套筒中放入點接觸的A半球顆粒和B半球顆粒，有機玻璃套筒的開孔處位于兩顆粒之間，然后連接有機玻璃套筒的一個開孔與真空泵，依次連接有機玻璃套筒的另一個開孔、注射細管和納米硅溶膠儲存容器；

步驟2：開動真空泵，引導納米硅溶膠溶液從納米硅溶膠儲存容器流出，依次經過注射細管、有機玻璃套筒中兩個球顆粒之間的空隙、水泵；

步驟3：半圓截面有機玻璃套管中顆粒膠結區養護完成后，將膠結的兩個顆粒從有機玻璃套筒中推出，將B半球顆粒粘至底座的凹槽內，B半球顆粒的球心與底座上表面齊平；

步驟4：標志點噴涂裝置將墨水霧化噴在半球顆粒的截面和膠結區上，從而在半球顆粒截面和膠結區形成標識點；

步驟5：直線式超聲電機通過施力桿對上部A半球顆粒施加水平力，在膠結區形成應變；

步驟6：直線式超聲電機推進過程中，隔兩個時間點用相機對顆粒橫截面和膠結區拍照，從而得到標志點的位移；

步驟7：在計算機中將顆粒橫截面和膠結區劃分為數個矩形網格，將標志點上的位移擬合到矩形網格節點上，設其中一個矩形網格的節點編號為節點1、節點2、節點3、節點4，對應每個節點上方向位移為、、和，每個節點上方向位移為、、和，矩形網格在軸方向長度為2，方向長度為2，引入如下差值函數、、、：

插值得到這個矩形單元內任意一點方向位移和方向位移：

設矩形單元內任意一個標志點的插值位移為和，實測位移為和，取插值得到的標志點位移和實測位移差值累計之和最小：

Min

由上式進行尋優計算可擬合得到矩形單元四節點上方向位移、、和，方向位移為、、和，將擬合得到的節點位移代入應變公式可以得到矩形單元內任意一點的應變，和：

。

8.根據權利要求7所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置的測量方法，其特征在于：所述步驟1中納米硅溶膠用醋酸將PH值調節至5至6之間。

9.根據權利要求7所述的一種砂顆粒納米凝膠膠結區細觀應變測量裝置的測量方法，其特征在于：所述步驟3中養護時間大于36小時。