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原文传递一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备及其使用方法

专利名称：	一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备及其使用方法
摘要：	本发明涉及光测弹性和颗粒力学技术领域，公开了一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备，包括独立工作的光弹实验设备和加载装置，加载装置包括矩形框架，矩形框架上端中部通过垂直轴向螺旋头连接有水平挡板，矩形框架前侧中部通过水平剪切螺旋头连接有垂直挡板；还公开了其使用方法，通过加载装置对颗粒试样进行加载，并通过光弹实验设备对颗粒试样动态应力变化进行动态捕捉，最后由电脑对应力变化的图像进行分析。本发明，通过加载装置的三种加载模式可以对颗粒材料的接触应力状态做出深入的研究，采用光弹实验设备可对颗粒材料的应力分布（力链）给出最直观的图像展示，以及采用电脑软件对其图像分析得到各位置上得应力分布情况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江西;36
申请人：	华东交通大学
发明人：	耿大新;曹超超;刘鑫磊;胡文韬;陶彪;王俊;廖煜祺;孟成;吴金亮;魏日祥
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910543180.0
公开号：	CN110208080A
代理机构：	南昌卓尔精诚专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	朱乐敏
分类号：	G01N3/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	330000 江西省南昌市经济技术开发区双港东大街808号
主权项：	1.一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备，包括独立工作的光弹实验设备和加载装置（500），其特征在于，所述光弹实验设备包括依次设置的光源（100）、准光镜（200）、起偏振镜（300）、第一1/4拨片（400）、第二1/4拨片（600）、检偏振镜（700）、成像透镜（800）、接收器（900）和电脑（1000），所述加载装置（500）位于第一1/4拨片（400）和第二1/4拨片（600）之间，加载装置（500）包括矩形框架（507），矩形框架（507）上端中部通过垂直轴向螺旋头（504）连接有水平挡板（505），水平挡板（505）中部安装有水平应力位移计（502），矩形框架（507）前侧中部通过水平剪切螺旋头（501）连接有垂直挡板（503），垂直挡板（503）中部安装有竖直轴向应力位移计（506），所述垂直挡板（503）和水平挡板（505）之间安装有光学高透玻璃（509），光学高透玻璃（509）之间填充有颗粒试样（510）。 2.根据权利要求1所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备，其特征在于，所述水平挡板（505）两侧通过挡板转轴（508）连接有垂直挡板（503），垂直挡板（503）内侧一端设有滑道（512），垂直挡板（503）上下两端外侧通过支架铰支头（511）连接有矩形框架（507），所述挡板转轴（508）包括垂直挡板十字旋钮转轴（520）、水平挡板转轴（530）和垂直挡板一字按钮转轴（540），水平挡板（505）中部固定连接有水平挡板转轴（530）。 3.根据权利要求2所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备，其特征在于，所述垂直挡板十字旋钮转轴（520）包括转轴轴心（521）和第一滑轨（525），转轴轴心（521）中部安装有异形齿轮（522），异形齿轮（522）接触有设在第一滑轨（525）中部的滑道卡针（524），所述转轴轴心（521）的侧端还安装有旋转十字旋钮（523）。 4.根据权利要求3所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备，其特征在于，所述垂直挡板一字按钮转轴（540）与水平挡板转轴（530）通过转轴轴心（521）相连接，转轴轴心（521）在水平挡板转轴（530）上固定有第一卡槽（541），在垂直挡板（503）转轴上固定有第二卡槽（542），第二卡槽（542）连接有一字按钮（544），所述垂直挡板一字按钮转轴（540）外侧还安装有第二滑轨（543）。 5.一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：通过加载装置（500）对颗粒试样（510）进行加载，并通过光弹实验设备对颗粒试样（510）动态应力变化进行动态捕捉，最后由电脑（1000）对应力变化的图像进行分析。 6.根据权利要求5所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备的使用方法，其特征在于，所述加载装置（500）的加载模式包括垂直向单轴加载、纯剪切水平向加载和复杂工况加载三种加载模式。 7.根据权利要求6所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备的使用方法，其特征在于，所述垂直向单轴加载模式包括如下步骤：步骤一：将实验容器装备颗粒试样（510），并将颗粒试样（510）安置于加载装置（500）内部；步骤二：调整水平剪切螺旋头（501），将试样容器调整至垂直状态，并固定水平剪切螺旋头（501），保持轴向加载过程中，切向不会发生位移；步骤三：调整垂直轴向螺旋头（504），使垂直轴向螺旋头（504）轻触竖直轴向应力位移计（506）上，得到此时的读数为零；步骤四：从读数零开始加载，每隔一定的读数用光弹实验设备记录下其图像状态，再通过软件对其图像进行数值求解得出各点的应力状态。 8.根据权利要求6所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备的使用方法，其特征在于，所述纯剪切水平向加载模式包括如下步骤：步骤一：将实验容器装备颗粒试样（510），并将颗粒试样（510）安置于加载装置（500）内部；步骤二：调整垂直轴向螺旋头（504），将试样容器调整至垂直状态，将垂直挡板（503）和水平挡板（505）间的挡板转轴（508）固定在滑道（512）中，使垂直轴向螺旋头（504）与竖直轴向应力位移计（506）间无接触；步骤三：调整水平剪切螺旋头（501），使水平剪切螺旋头（501）轻触水平应力位移计（502）上，得到此时的读数为零；步骤四：从读数零开始加载，每隔一定的读数用光弹实验设备记录下其图像状态，再通过软件对其图像进行数值求解得出各点的应力状态。 9.根据权利要求6所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备的使用方法，其特征在于，所述复杂工况加载模式包括如下步骤：步骤一：将实验容器装备颗粒试样（510），并将颗粒试样（510）安置于加载装置（500）内部；步骤二：调整水平剪切螺旋头（501），将试样容器调整至垂直状态，保持垂直挡板（503）和水平挡板（505）间的挡板转轴（508）能在滑道（512）中滑动，垂直向约束通过垂直轴向螺旋头（504）提供；步骤三：在试样容器竖直情况下，将垂直向轴压施加到一定的值，保持垂直向加压，此时在开启水平剪切螺旋头（501）；步骤四：使水平向从读数零开始加载，每隔一定的读数用光弹实验设备记录下其图像状态，再通过软件对其图像进行数值求解得出各点的应力状态。 10.根据权利要求5-9任意一项所述的一种颗粒材料接触应力可视化试验加载设备的使用方法，其特征在于，所述光弹实验设备操作步骤如下：步骤一：打开光源（100），调整光源（100）输出功率，开启后放置一段时间后保持其输出稳定后开始试验；步骤二：调整光源（100）和准光镜（200）间距，使其光源（100）发出的光通过准光镜（200）后从点光源（100）成为平行光源（100）；步骤三：调整加载装置（500）；步骤四：从接收器（900）上接收图像，并将图像导入至电脑（1000）中并通过软件进行分析，得到力链及其各点处应力分布情况。
所属类别：	发明专利