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原文传递用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法

专利名称：	用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法
摘要：	本发明公开了一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法，试验装置包括有架体、试验箱、数控系统、电脑、智能相机、第一伺服电机和第二伺服电机，其中试验箱设在架体的下部，第一伺服电机通过拉杆被枢接在架体的顶部，其方法为：步骤一、将试验箱放置在实验室内；步骤二、筛选材料；步骤三、装配加载承压板；步骤四、将加载承压板水平放置在试验箱内；步骤五、实时采集力和位移的变化；步骤六、实现加载位置的变化；步骤七、将智能相机架设在玻璃前；步骤八、达到指定值时停止加载；步骤九、获得颗粒的平移和旋转情况。有益效果：能够精准的统计振动荷载作用下颗粒的运动轨迹，即颗粒的平移和旋转情况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	聂志红;刘顺凯;龚健
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910380446.4
公开号：	CN110006793A
代理机构：	长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	鞠传龙
分类号：	G01N15/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区岳麓山南路932号
主权项：	1.一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：包括有架体、试验箱、数控系统、电脑、智能相机、第一伺服电机和第二伺服电机，其中试验箱设在架体的下部，第一伺服电机通过拉杆被枢接在架体的顶部，第一伺服电机能够沿架体的顶部进行左右移动，第一伺服电机设在对应试验箱的位置处，第二伺服电机与第一伺服电机相连接并驱使第一伺服电机进行移动，第一伺服电机的底部连接有连接杆，连接杆的底端装配有加载承压板，第一伺服电机通过加载承压板能够对试验箱内的试样进行加载，智能相机对应试验箱内放置试样的部位设置，智能相机与电脑相连，智能相机能够把试验箱内试样的动态变化影像实时传输到电脑内，电脑、第一伺服电机和第二伺服电机均与数控系统相连接，第一伺服电机和第二伺服电机由数控系统控制工作。 2.根据权利要求1所述的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：所述的试验箱对应智能相机一侧的侧板为透明的钢化玻璃板制成，试验箱的底板和其余三面的侧板由钢板制成。 3.根据权利要求1所述的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：所述的第二伺服电机通过支撑杆固定在架体的立柱上。 4.根据权利要求1所述的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：所述的第一伺服电机的底部设有位移传感器，位移传感器与数控系统相连接，位移传感器能够把第一伺服电机的位移数据实时传输到数控系统内，数控系统根据位移传感器的传输数据控制第一伺服电机的工作，第一伺服电机底部的连接杆上装配有力传感器和转向装置，力传感器和转向装置均与数控系统相连接，力传感器能够把采集到的压力数据实时传输给数控系统，数控系统控制转向装置的工作，转向装置的底部装配有施压装置，通过施压装置向加载承压板施压从而使加载承压板向试验箱内的试样进行加载。 5.根据权利要求4所述的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：所述的施压装置由钢板焊接而成，呈“几”字型。 6.根据权利要求1所述的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：所述的电脑内装配有图像处理软件，电脑能对智能相机拍摄的图片进行实时分析处理。 7.根据权利要求1所述的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置，其特征在于：所述的加载承压板为与试验箱等宽的硬质PVC板。 8.一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的方法，其特征在于：其方法如下所述：步骤一、将可视化试验箱放置在一个平整且周围环境稳定的实验室内，并且保证室内光线均匀；步骤二、按照要求筛选待测粗颗粒材料，并将待测粗颗粒材料按照具体要求平铺在试验箱内，保证材料上表面水平；步骤三、将第一伺服电机枢接在架体顶端，然后在第一伺服电机的底部安装位移传感器并连接连接杆，在连接杆上安装力传感器、转向装置和施压装置，在连接杆的底部装配加载承压板；步骤四、将加载承压板水平放置在试验箱内颗粒材料上表面，并处于第一伺服电机正下方，并保证在加载承压板加载过程中不会移动；步骤五、将力传感器和位移传感器接入电脑采集系统，实时采集力和位移的变化；步骤六、将第一伺服电机、第二伺服电机和转向装置接入数控系统，并根据设定程序和电脑采集的力和位移数据进行相应调节：第一伺服电机通过上下高程及往返速度来调节振动荷载的大小或频率；第二伺服电机驱使第一伺服电机左右移动并配合连接杆带动加载承压板来实现加载位置的变化；步骤七、将智能相机架设在钢化玻璃正前方，其拍摄范围覆盖整个钢化玻璃部位，设定智能相机自动拍摄，频率为2幅/秒；步骤八、当采集的位移平均值达到指定值时停止加载；步骤九、将智能相机接入电脑中，电脑中带有图像处理与分析软件，对图像进行对比分析，具体实施方法为：根据改进Voronoi图颗粒识别技术，对颗粒识别和标记，求出每个颗粒的形心坐标，作为该颗粒位置的代表点，用面积相等原理进行椭圆拟合，以长轴与水平位置夹角作为颗粒方向，匹配连续多帧图中的同一颗粒确定其位置变化，获得荷载作用下颗粒运动轨迹，即颗粒的平移和旋转情况。
所属类别：	发明专利