[發明專利]顆粒物質破碎時的能耗測量系統及測算方法

在審

• 申請號: 202010962983.2
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112098241A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 張俊文;張京安
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01N3/02
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務所(普通合伙) 13113
• 代理人: 李琳;賀壽元

1.一種顆粒物質破碎時的能耗測量系統，其特征在于，包括沖擊試驗裝置和能耗測量裝置，沖擊試驗裝置包括沖擊組件、控制沖擊組件沖擊方向的導向組件和控制沖擊組件升降的升降組件，沖擊組件與導向組件滑動連接，升降組件與沖擊組件連接；能耗測量裝置包括入射桿，沖擊組件位于入射桿上方，釋放時撞擊入射桿上端，入射桿下端套裝在套筒上端部，套筒下端部套裝在透射桿上端，入射桿和透射桿的表面分別設有第一應變片和第二應變片，第一應變片和第二應變片均與數據采集處理單元連接。

2.根據權利要求1所述的顆粒物質破碎時的能耗測量系統，其特征在于，它還包括主體框架，沖擊試驗裝置和能耗測量裝置設置于主體框架內部；導向組件為兩個導向柱，兩個導向柱分別設置在沖擊組件兩側，導向柱一端均固定在主體框架底部，另一端連接有能沿導向柱上下滑動的沖擊組件。

3.根據權利要求1或2所述的顆粒物質破碎時的能耗測量系統，其特征在于，沖擊組件為落錘，落錘包括落錘架和安裝在落錘架內的重錘，落錘架上設置有卡槽，重錘上設置有鎖緊單元，落錘架的卡槽與重錘上設的鎖緊單元卡緊；升降組件包括驅動單元和連接繩，驅動單元與連接繩傳動連接，連接繩與落錘架上端的吊環連接。

4.根據權利要求3所述的顆粒物質破碎時的能耗測量系統，其特征在于，能耗測量裝置還包括設置在套筒上端內部的第一墊塊和套筒下端內部的第二墊塊，第一墊塊和第二墊塊與套筒配合將顆粒物質封裝在套筒內。

5.根據權利要求1、2、4中任意一項所述的顆粒物質破碎時的能耗測量系統，其特征在于，能耗測量裝置還包括與透射桿下端連接的吸收桿。

6.根據權利要求5所述的顆粒物質破碎時的能耗測量系統，其特征在于，數據采集單元包括第一惠通斯電橋、第二惠通斯電橋、放大電路和示波器，第一應變片與第一惠通斯電橋連接，第二應變片與第二惠通斯電橋連接，第一惠通斯電橋和第二惠通斯電橋均與放大電路連接，放大電路與示波器連接。

7.基于權利要求1-6中任意一項所述的顆粒物質破碎時的能耗測量系統的一種測算方法，其特征在于，所述方法為包括如下步驟：

S1、應力波加載：將待測顆粒物質試件置于套筒內，調節升降組件使沖擊組件的沖擊力能夠破碎待測顆粒物質試件，調節導向組件使沖擊組件的下落方向對準入射桿，釋放沖擊組件，使其做自由落體運動，撞擊入射桿，形成一個壓力脈沖在入射桿、測顆粒物質試件和透射桿中傳播，在入射桿中形成入射波和反射波，在透射桿中形成透射波，由數據采集處理單元采集第一應變片和第二應變片的信息，并記錄入射波、反射波和透射波的信息；

S2、待測顆粒物質試件上端面峰值應力計算：根據入射波、反射波得到入射波峰值應力和反射波峰值應力，計算得到待測顆粒物質試件上端面峰值應力；

S3、界面系數的獲取：利用入射波和反射波，擬合得到由待測顆粒物質試件所受應力表達的待測顆粒物質試件上端面處的反射系數表達式；并根據反射系數與試件下端面處的透射系數的相互關系，得到待測顆粒物質試件下端面處的透射系數表達式；

S4、試件下端峰值應力計算：由透射波得到透射波峰值應力，根據透射波峰值應力和待測顆粒物質試件下端面處的透射系數，計算得到待測顆粒物質試件下端面峰值應力；

S5、壓縮過程的耗能計算：待測顆粒物質試件下端面峰值應力和待測顆粒物質試件上端面峰值應力差值，即為待測顆粒物質試件在壓縮過程中的能量消耗。

8.根據權利要求7所述的測算方法，其特征在于，步驟S2中待測顆粒物質試件上端面峰值應力的計算公式為：σ_SI-peak＝σ_BI-peak+σ_BR-peak

式中，σ_SI-peak為待測顆粒物質試件上端面處的峰值應力，σ_BI-peak為入射波峰值應力，σ_BR-peak為反射波峰值應力。