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原文传递一种基于3D打印技术的体积力梯度加载方法

专利名称：	一种基于3D打印技术的体积力梯度加载方法
摘要：	本发明公开了一种基于3D打印技术的体积力梯度加载方法，属于岩土工程力学实验技术领域。计算实际岩土工程中不同结构面中地应力的大小，按等比例缩小岩土式样，通过数值模拟软件ANSYS模拟出磁场强度，处在电磁场中的磁性物质收到磁场的作用，从而产生一个体积力。根据电磁学原理计算出各个结构面处的磁性材料质量，构建待制备试件的三维模型，并将该三维模型输入至3D打印机中。试件制作时，一个喷头打印类岩土材料，一个喷头打印磁性物质，待试件制作完成后，将试件放入磁场中。磁性物质被电磁铁吸引，而产生一个梯度体积力，达到模拟实际环境的目的。本发明可以人为的控制体积力加载的大小，避免了传统离心机体积力加载不均的缺点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京工业大学
发明人：	范立峰;钟惟亮
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810221377.8
公开号：	CN108489784A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司 11203
代理人：	沈波
分类号：	G01N1/28(2006.01)I;B33Y10/00(2015.01)I;B33Y30/00(2015.01)I;B33Y50/00(2015.01)I;B33Y70/00(2015.01)I;G;B;G01;B33;G01N;B33Y;G01N1;B33Y10;B33Y30;B33Y50;B33Y70;G01N1/28;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y70/00
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	1.一种基于3D打印技术的体积力梯度加载方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤(1)计算实际岩土工程中不同结构面中地应力的大小，按等比例缩小岩土式样，通过数值模拟软件ANSYS模拟出磁场强度，处在电磁场中的磁性物质收到磁场的作用，从而产生一个体积力；这个体积力的大小与磁性物质的质量和磁场强度有关，根据电磁学原理计算出各个结构面处的磁性材料质量，构建待制备试件的三维模型，并将该三维模型输入至3D打印机中；步骤(2)3D打印机所使用的打印材料是掺入等质量替代的磁性物质，磁性物质包括铁粉、镍粉，通过3D打印，在试件的不同位置打印不同的质量的磁性物质，从而能够模拟自然环境中不同结构面导致的地应力的变化，得到等比例缩小的实际岩土工程试件；步骤(3)试件制作时，一个喷头打印类岩土材料，一个喷头打印磁性物质，待试件制作完成后，将试件放入磁场中；磁性物质被电磁铁吸引，而产生一个梯度体积力，达到模拟实际环境的目的；采用3D打印技术能够精确控制结构面的形态和分布；通过数值模拟软件能够精确的确定各个结构面所掺入磁性物质的大小，最终实现模拟自然环境中的岩体真实地应力情况；步骤(1)中，使用三维绘图软件如Solidworks软件，构建实际岩土工程的三维数字模型；步骤(2)中，预先将等质量替代的磁性物质掺入3D打印材料中；为避免因材料密度相差太大导致的体积不均匀沉积，选用的3D打印材料和磁性物质有着近似的密度；步骤(3)中，试件放入的磁场，是由通电螺线管产生的电磁场，通过数值模拟软件能够准确模拟出磁场各处的磁感应强度的大小，通过调节试件各位置的磁性物质的分布质量，从而能够精确的模拟真实环境中的地应力变化；通过预设在试块内的感应器能够准确判断超重力场的大小，进而通过增强电磁铁的通电电流来继续增大磁感应强度，而磁场线分布不变，从而达到模拟深层岩体地应力的目的。
所属类别：	发明专利