基于八面体的三维应变花装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于八面体的三维应变花装置，该装置的八面体基座六个相互独立面的法线方向上布置有六个应变片固定杆，六个应变片分别用防水胶体粘贴于应变片固定杆；六个应变片的数据导线分别穿过八面体基座六个面上设有的数据导线孔，经由基座底面设有的导线汇总孔穿出，将汇总穿出的导线与数据采集仪相连接。同时提供一种基于八面体的三维应变花装置的测试方法。本发明专利技术的效果是安全快速的获取材料内部一点的应变状态，且该装置具备原理简明、构造稳定、计算结果可靠等特点。计算得三个主应力的测试精度为1.0ρ，三个剪应力的测试精度为1.22ρ，平均测试精度为1.11ρ。精度的提高为工程的安全防护提供科学的参考价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程应变测试领域，特别是一种基于八面体的三维应变花装置及测试方法。
技术介绍
通常情况下，材料的应变状态取决于材料的固有属性和受力状态。开展大型建筑在线安全监测工作，往往需要根据建筑结构关键点和控制断面的变形、应变以及结构的动力特性等模态参数，对结构的安全可靠性进行评估与检查，以便及时发现工程问题，采取相应的技术措施，把工程上的财力与人力损失降低到最低限度，保证建筑安全可靠和长久耐用。因此，大型结构对应变长期、实时、在线的监测工作，对实际工程具有十分重要的现实意义。在土木工程、水利工程中，常规应变片可以测试受力体单一方向的应变。通常，我们将应变片或其他传感器黏贴于受力体表面某一确定方向上，来获取该方向上的力学参数。对于平面问题，当无法确定主应变方向时，可以在物体表面沿不同方向粘贴3个应变片，从而组成各种形式的应变花，进而由应变状态理论转换计算，便可获得到该点的主应变状态。混凝土或岩土体内部的应变状态比较复杂，难以简化为一维或二维简单情形。且对于三维应变的直接测试，尚无有效方法。目前，工程中往往通过理论计算来获取混凝土或者岩土体内部的三维应变状态。由于材料的不均匀和易变形等性质，导致测试数据与真实值误差较大。比如，在地铁联络通道冻结法施工过程中，不同位置处土体的力学状态状态各不相同，且依赖于施工方式、天气状况等难以量化的影响因素[9－10]。专利申请号2015109568005的应力测试方案，对此种问题中存在的应力测试繁琐、数据失真等问题进一步提出了解决方法，但该专利尚未对复杂三维空间中的应变测试提供明确的技术操作方法，以至于在工程实况中无法更加精确的掌握工程构件的变形状态和安全状况，导致事故频发。因此，对受力体内部三维应变状态的测试与检测，仍然是一个我们亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于八面体的三维应变花装置及测试方法，目的是安全快速的了解材料内部的应变状态，为材料三维应变状态测试提供一种成熟可靠的思路，同时解决了以往应变测试领域实践方面的欠缺以及数据失真等问题。相较于四面体式的应变花，该专利技术几何性质稳定，放置于待测体内部不易变形，测试数据更为精确。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种基于八面体的三维应变花装置，其中：该装置包括一个八面体基座、六个应变片固定杆、六个常规应变片、以及若干数据导线；所述八面体基座六个相互独立面的法线方向上布置有六个应变片固定杆，六个应变片分别用防水胶体粘贴于应变片固定杆；六个应变片的数据导线分别穿过八面体基座六个面上设有的数据导线孔，经由基座底面设有的导线汇总孔穿出，将汇总穿出的导线与数据采集仪相连接。同时提供一种基于八面体的三维应变花装置的测试方法。本专利技术的效果是安全快速的获取材料内部一点的应变状态，且该装置具备原理简明、构造稳定、计算结果可靠等特点。计算得三个主应力的测试精度为1.0ρ，三个剪应力的测试精度为1.22ρ，平均测试精度为1.11ρ。精度的提高为工程的安全防护提供科学的参考价值。附图说明图1为本专利技术涉及的新型三维应变花总体效果图；图2为本专利技术涉及到的八面体基座；图3为本专利技术涉及到常规应变片方向余弦的计算；图4为本专利技术涉及到的八面体基座的N7面图。图中：1.导线孔2.应变片固定杆3.八面体基座4.常规应变片5.数据导线6.螺丝孔7.防水胶体8.导线汇总孔具体实施方式结合附图对本专利技术的基于八面体的三维应变状态测试装置及测试方法加以说明。如图1、2所示，本专利技术的基于八面体的新型三维应变花装置及其测试方法原理是：三维应变花需由六个常规应变片采用不同形式构成；六个常规应变片的轴线方向互不干扰。该装置包括一个八面体基座3、六个应变片固定杆2、六个常规应变片4、以及若干数据导线5；所述八面体基座3六个相互独立面的法线方向上布置有六个应变片固定杆2，六个应变片4分别用防水胶体7粘贴于应变片固定杆2；六个应变片4的数据导线5分别穿过八面体基座六个面上设有的数据导线孔1，经由基座底面设有的导线汇总孔8穿出，将汇总穿出的导线与数据采集仪相连接。八面体基座3的六个面的法线方向与坐标轴的夹角得到应变片的方向余弦，进而得到转换矩阵及其逆矩阵。最后将数据采集仪得到的六个应变值与逆矩阵做乘积即得到待测材料内一点的应变状态。上述基于八面体的三维应变花装置的应变片固定杆2是通过ppc塑料制造的管件，固定杆2的刚度大于待测材料刚度且小于八面体基座3的刚度。本专利技术的基于八面体的三维应变测试装置具体操作步骤如下：第一：将六个应变片固定杆沿八面体基座六个相互独立面的法线方向布置于基座3上，如N1、N2、N3、N4、N5及N6面，应变片用防水胶体粘贴于应变片固定杆2表面。如图1所示。第二：常规应变片的数据导线于N7面的数据导线孔汇总穿出。即形成基于八面体的三维应变测试装置。如图1、图4所示。第三：将上述步骤(1)、(2)制作而成的三维应变花装置连接于数据采集仪并放置于材料内部。第四：由数据采集仪得到六个应变读数，即ε1、ε2、ε3、ε4、ε5、ε6，表示为εθ＝{ε1ε2ε3ε4ε5ε6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于八面体的三维应变花装置，其特征是：该装置包括一个八面体基座(3)、六个应变片固定杆(2)、六个常规应变片(4)、以及若干数据导线(5)；所述八面体基座(3)六个相互独立面的法线方向上布置有六个应变片固定杆(2)，六个应变片(4)分别用防水胶体(7)粘贴于应变片固定杆(2)；六个应变片(4)的数据导线(5)分别穿过八面体基座六个面上设有的数据导线孔(1)，经由基座底面设有的导线汇总孔(8)穿出，将汇总穿出的导线与数据采集仪相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于八面体的三维应变花装置，其特征是：该装置包括一个八面体基座(3)、六个应变片固定杆(2)、六个常规应变片(4)、以及若干数据导线(5)；所述八面体基座(3)六个相互独立面的法线方向上布置有六个应变片固定杆(2)，六个应变片(4)分别用防水胶体(7)粘贴于应变片固定杆(2)；六个应变片(4)的数据导线(5)分别穿过八面体基座六个面上设有的数据导线孔(1)，经由基座底面设有的导线汇总孔(8)穿出，将汇总穿出的导线与数据采集仪相连接。2.根据权利要求1所述基于八面体的三维应变花装置，其特征是：所述应变片固定杆(2)是通过ppc塑料制造的管件，固定杆(2)的刚度大于待测材料刚度且小...

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺群，冯彦芳，陈之祥，桂超，姚士霞，柴寿喜，周亚东，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津;12