[發明專利]基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201811049970.5
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109115167A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 李順群;張翻;劉燁璇;白云鳳;郭林坪;王英紅;夏錦紅;柴壽喜
• 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

1.一種基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置，該裝置與數據采集系統相連接，其特征是：該裝置包括直角四面體基座(1)、角度測量器(2)、測試導線(3)、安裝導線孔(11)、總導線孔(12)；直角四面體基座(1)由正方體切割而成，分布有安裝導線孔(11)和總導線孔(12)，安裝導線孔(11)位于直角四面體基座(1)棱上，總導線孔(12)位于基座一個面的形心處，安裝導線孔(11)在直角四面體基座(1)直角四面體基座(1)內分別貫通總導線孔(12)；角度測量器(2)連接測試導線(3)且固定在直角四面體基座(1)的棱線上。

2.一種根據權利要求1基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置的測試方法，具體步驟如下：

1)首先將測量導線(3)從每個角度測量器(2)穿過安裝導線孔(11)在直角四面體基座(1)形心處匯合后由總導線孔(12)引出將六個角度測量器(2)分別固定在直角四面體6條棱上，接著將泡沫填縫劑壓入填充總導線孔(12)，用以充填測量導線與導線孔之間的空隙，形成基于角度測量器(2)與直角四面體的三維應變狀態測試裝置，并將該裝置置于被測土體中。

2)依據直角四面體基座建立空間向量計算坐標系，以直角四面體基座的三條直角棱分別定義x、y、z軸；

3)依據式(1)和式(2)建立二面角改變量Δω與常規應變之間的關系；

或

△ω_i＝λ_jtε_ab (2)

式中，t＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5，6；a＝x，y，z；b＝x，y，z；矩陣λ需滿足秩為6，即R(λ)＝6，則λ^-1存在，這樣才能保證計算常規應變狀態的可行性，矩陣計算公式為下述公式(3)；

λ₁＝2a₁a₂ (3a)

λ₂＝2b₁b₂ (3b)

λ₃＝2c₁c₂ (3c)

λ₄＝a₁b₂+a₂b₁ (3d)

λ₅＝b₁c₂+b₂c₁ (3e)

λ₆＝c₁a₂+c₂a₁ (3f) (3)

4)依據步驟2)所建立的空間坐標系，利用公式(3)計算出矩陣λ及逆矩陣λ^-1；

及

5)步驟3)中公式左右各乘以逆矩陣λ^-1，得出以角應變為變量的常規應變狀態的解；

式中，t＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5，6；a＝x，y，z；b＝x，y，z。

6)六個二面角的偶然誤差均是Δω₀(Δω₀≥0)，式7是計算的常規應變ε的誤差；

{△ε_j}^T＝△ω₀×{2.237 2.237 2.237 1 1 1}^T (7)

式中，j＝1，2，3，4，5，6。