[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

本發明提供了一種基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置及方法，該裝置包括直角四面體基座，6個角度測量器，測試導線。直角四面體的6條棱分別裝有角度測量器，角度測量器與測試導線連接，組成三維應變狀態測試裝置。同時提供一種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；依據廣義角應變與常規應變之間的關系，直角四面體的6個二面角即可推算出對應坐標下的常規應變狀態，并利用建立的空間坐標系和數學基座提出三維應變狀態計算方法。本發明的有益效果是：新的三維應變狀態的計算方法，豐富了常規應變狀態的計算手段，計算精度高達0.6ρ～0.8ρ，對土體應力應變測試及本構研究具有重要參考價值。

技術領域

本發明屬于土體三維應變狀態計算及土體變形測試領域，該計算方法可通過兩個平面夾角的改變量推算出常規三維應變狀態，由此可計算出土體應變狀態，對估算土體穩定性具有重要意義。該理論及計算方法可用于土體變形的測試與理論研究。

技術背景

應變是應力的反應，其大小與應力密切相關，認識和測試材料的應變是進行強度、變形和本構關系研究的基礎。與應力的測試不同，應變的測量從理論基礎到技術手段都更為困難和有限。特別是在三維條件下，通過測試獲得完整的應變狀態是非常困難的。

剪應變又被稱為剪切應變、角應變、切應變等。常規測試中，剪應變難以測量，但是在連續介質力學中，剪應變被定義為直角二面角以弧度表示的改變量，即兩個相互垂直的面在受力變形后以弧度表示的夾角改變量。相對于直角二面角表示，非直角二面角表示剪應變更具有一般性。且二面角剪應變與常規應變具有定量聯系，這為計算常規三維應變狀態奠定理論基礎，以及實現應變狀態測試的可能。

目前的常規三維應變狀態測試方法還很少，理論基礎及技術手段尚還欠缺。且受測試手段等因素影響，也會出現測試精度不高的現象。專利201621144337.0及專利201610917550.9提供了一種測試土體三維應變的裝置及測試方法，專利201710191411.7提出一種土體單向應變測試裝置及其測試方法。不同于上述專利的理論基礎及計算方法，本專利提出利用廣義角應變計算常規三維應變狀態的方法，其理論基礎及計算方法均具有可行性及創新性。該計算理論及計算方法應用范圍廣泛，且理論測試誤差小，對提高常規三維應變狀態測試可能性及測試精度均具用重要意義。

發明內容

本發明目的是提供一種基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置及方法，使通過廣義角應變計算常規三維應變成為可能，拓寬了計算應變狀態的手段。

為了達到上述目的，本發明提出一種基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置，具體技術方法如下：裝置包括直角四面體基座、角度測量器、測試導線、安裝導線孔、總導線孔；將測試導線與角度測量器連接，并將連接角度測量器的測試導線從安裝導線孔穿入由總導線孔穿出，將固定在直角四面體基座的棱線上。通過該裝置能測得土體某一點的6個角應變，通過剪應變與常規應變之間的關系，可計算該點土體的三維應變狀態。

該發明的直角四面體基座，擁有三個直角二面角，三個非直角二面角，其中直角二面角為公認的可表示剪應變的二面角，而根據定義公式(1)，應用六個直角二面角計算廣義三維應變狀態不可行，因此以三個銳角二面角代替直角二面角，即直角四面體基座。該布置形式既能通過6個二面角計算三維應力狀態，也有優于其他布置形式的精確性。

同時該發明提供了一種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。

本發明提供一種基于直角四面體角應變的三維應變狀態測試裝置及方法，其有益效果是，構建了廣義角應變與常規三維應變狀態之間的聯系，拓寬了三維應變狀態計算理論，豐富了常規應變狀態的計算手段，提高計算精度0.6ρ～0.8ρ，構建計算常規三維應變狀態的新渠道。改變了以往只能測試表面應變且測試位置不準確的局限，更加準確、直觀的被測物體內部的變形狀態，且該裝置可以重復使用，復合綠色環保理念，并且提高工程施工的安全儲備，為應變測試技術領域相關研究提供了新的思路和途徑。

附圖說明