[發明專利]一種基于全應變的膨脹應力測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201710538031.6
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107192489B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 王金貴;張蘇;夏雨;楊坤;卜軍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;吳志龍

1.一種基于全應變的膨脹應力方法，其特征在于，利用一種基于全應變的膨脹應力測試裝置，所述一種基于全應變的膨脹應力測試裝置包括一溶液箱、設置于溶液箱內用于裝入待測材料的膨脹應力測試管、LED光照測試系統及溫度監測系統，所述溶液箱上表面設置有細玻璃管，所述細玻璃管的下端與溶液箱內空間聯通，所述LED光照測試系統包括對應設置于細玻璃管兩側連續對應設置的LED發射機和LED光照接收機，所述溫度監測系統包括置于溶液箱內液體溫度傳感器及與溫度傳感器連接的數據記錄儀；

所述溶液箱上端面設有用于插入細玻璃管的玻璃管孔，用于插入膨脹應力測試管的測試管孔以及用于向溶液箱內注液的注液孔；

所述LED發射機產生寬度1mm覆蓋細玻璃管全高度的LED光線，LED光照接收機在玻璃管另一側接收穿越玻璃管后的LED光線，所述溫度監測系統在溶液箱中部布置有一靈敏度為0.1℃的溫度傳感器；

包括以下步驟：

（1）將膨脹應力測試管放入溶液箱測試管孔，并用密封膠圈封閉兩者空隙；從注液孔處注入溶液至細玻璃管內出現液體為止，并用止水塞封堵注液孔，膨脹應力測試管裝入待測材料；

（1）在該材料膨脹力作用下測試管將產生形變而擠占外部液體空間，進而引起細玻璃管中液面上升，細玻璃管中上升的液體將阻擋LED光線傳播而引起接收光照的差異，實現液面變化的實時監測；

（3）通過玻璃管內截面積s和其內部液面上升高度Δh可反演計算應力測試管的總體形變量，進而計算材料的膨脹應力；

（4）利用溫度監測系統可實時監控液體溫度變化，推算因液體溫度變化而引起的體積變化，并在前述計算過程中消除該誤差；

具體計算材料的膨脹應力步驟如下：

（1）向膨脹應力測試管中注入待測材料，并開啟LED光照測試系統及溫度監測系統，開始記錄細玻璃管中液面高度變化Δh及溶液箱中液體溫度變化ΔT；

（2）根據液面高度變化Δh及溶液箱中液體溫度變化ΔT，并結合裝置尺寸計算測試應變情況，膨脹應力測試管外壁直徑變化量ΔD計算公式如下：

；

其中，Δh為細玻璃管中液面變化量，r為細玻璃管內半徑，H為膨脹應力測試管高度，b為膨脹應力測試管原始外半徑，V_ΔT為因液體溫度所引起的其體積變化量；

（3）根據前述膨脹應力測試管外壁直徑變化量ΔD，計算材料膨脹應力值，膨脹應力測試管內壁的平均膨脹應力值計算公式如下：；

其中，E為膨脹應力測試管的楊氏模量，a、b分為測試鋼管原始內、外半徑。

2.根據權利要求1所述的一種基于全應變的膨脹應力方法，其特征在于，所述溶液箱尺寸為10cm*10cm*25cm，所述玻璃管孔直徑為4mm、測試管孔的直徑為60mm、注液孔的直徑為10mm。

3.根據權利要求1所述的一種基于全應變的膨脹應力方法，其特征在于，所述細玻璃管具有刻度標識，所述玻璃管長度20cm、外徑4mm、內徑2mm，所述膨脹應力測試管長25cm、膨脹應力測試管長下端封閉、上端開口，膨脹應力測試管長外周通過密封膠圈將其固定于溶液箱測試管孔內，膨脹應力測試管上端口與溶液箱測試管孔平齊。

4.根據權利要求1所述的一種基于全應變的膨脹應力方法，其特征在于，所述溶液箱中所注液體為加入黑色染料的純凈水。