基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置包括直角四面体基座，6个角度测量器，测试导线。直角四面体的6条棱分别装有角度测量器，角度测量器与测试导线连接，组成三维应变状态测试装置。本实用新型专利技术的有益效果是：依据广义角应变与常规应变之间的关系，直角四面体的6个二面角即可推算出对应坐标下的常规应变状态，并利用建立的空间坐标系和数学基座提出三维应变状态计算方法,对土体应力应变测试及本构研究具有重要参考价值。

Three-dimensional strain state testing device based on right-angled tetrahedron angular strain

The utility model provides a three-dimensional strain state testing device based on right-angled tetrahedron angular strain. The device comprises a right-angled tetrahedron base, six angle measuring devices and testing wires. The six edges of the right-angled tetrahedron are respectively equipped with an angle measuring device, which is connected with the test wire to form a three-dimensional strain state testing device. The beneficial effect of the utility model is that according to the relationship between the generalized angular strain and the conventional strain, the conventional strain state in the corresponding coordinates can be deduced from the six dihedral angles of the right-angled tetrahedron, and a three-dimensional strain state calculation method is proposed by using the established spatial coordinate system and the mathematical base, which has important reference value for the stress-strain test and constitutive study of the soil.

【技术实现步骤摘要】
基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置
本技术属于土体三维应变状态计算及土体变形测试领域，该计算方法可通过两个平面夹角的改变量推算出常规三维应变状态，由此可计算出土体应变状态，对估算土体稳定性具有重要意义。该理论及计算方法可用于土体变形的测试与理论研究。
技术介绍
应变是应力的反应，其大小与应力密切相关，认识和测试材料的应变是进行强度、变形和本构关系研究的基础。与应力的测试不同，应变的测量从理论基础到技术手段都更为困难和有限。特别是在三维条件下，通过测试获得完整的应变状态是非常困难的。剪应变又被称为剪切应变、角应变、切应变等。常规测试中，剪应变难以测量，但是在连续介质力学中，剪应变被定义为直角二面角以弧度表示的改变量，即两个相互垂直的面在受力变形后以弧度表示的夹角改变量。相对于直角二面角表示，非直角二面角表示剪应变更具有一般性。且二面角剪应变与常规应变具有定量联系，这为计算常规三维应变状态奠定理论基础，以及实现应变状态测试的可能。目前的常规三维应变状态测试方法还很少，理论基础及技术手段尚还欠缺。且受测试手段等因素影响，也会出现测试精度不高的现象。专利201621144337.0及专利201610917550.9提供了一种测试土体三维应变的装置及测试方法，专利201710191411.7提出一种土体单向应变测试装置及其测试方法。不同于上述专利的理论基础及计算方法，本专利提出利用广义角应变计算常规三维应变状态的方法，其理论基础及计算方法均具有可行性及创新性。该计算理论及计算方法应用范围广泛，且理论测试误差小，对提高常规三维应变状态测试可能性及测试精度均具用重要意义。
技术实现思路
本技术目的是提供一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置及方法，使通过广义角应变计算常规三维应变成为可能，拓宽了计算应变状态的手段。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是：一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置与数据采集系统相连接，该装置包括直角四面体基座、角度测量器、测试导线、安装导线孔、总导线孔；直角四面体基座由正方体切割而成，分布有安装导线孔和总导线孔，安装导线孔位于直角四面体基座棱上，总导线孔位于基座一个面的形心处，安装导线孔在直角四面体基座直角四面体基座内分别贯通总导线孔；角度测量器连接测试导线且固定在直角四面体基座的棱线上。本技术的有益效果是，构建了广义角应变与常规三维应变状态之间的联系，拓宽了三维应变状态计算理论，丰富了常规应变状态的计算手段，提高计算精度0.6ρ～0.8ρ，构建计算常规三维应变状态的新渠道。改变了以往只能测试表面应变且测试位置不准确的局限，更加准确、直观的被测物体内部的变形状态，且该装置可以重复使用，复合绿色环保理念，并且提高工程施工的安全储备，为应变测试
相关研究提供了新的思路和途径。附图说明图1为本技术直角四面体空间向量及向量分量；图2为本技术直角四面体基座；图3为本技术直角四面体基座制作图；图4为本技术测试装置。图中：1.直角四面体基座2.角度测量器3.测试导线11.安装导线孔12.总导线孔6.方向向量7.二面角具体实施方式结合附图对本技术的基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置及方法加以说明。如图1所示，以直角四面体基座的三条直角棱建立空间坐标系，以任意两个接触面上与相交线垂直的向量定义两个面的二面角。如图2至图4所示，本技术基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置与数据采集系统相连接，该装置包括直角四面体基座1、角度测量器2、测试导线3、安装导线孔11、总导线孔12；直角四面体基座1由正方体切割而成，其上分布有安装导线孔11及总导线孔12，安装导线孔11位于直角四面体基座1棱上，总导线孔12位于基座一个面的形心处，如图3所示；角度测量器2为市场存在的在售设备；将测试导线3与角度测量器2连接，并将连接角度测量器2的测试导线3从安装导线孔11穿入由总导线孔12穿出，将固定在直角四面体基座1的棱线上。根据本技术提出的基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，提出一种该装置的测试方法，具体步骤如下：1)首先将测量导线3从每个角度测量器2穿过安装导线孔11在直角四面体基座1形心处汇合后由总导线孔12引出将六个角度测量器2分别固定在直角四面体6条棱上，接着将泡沫填缝剂压入填充总导线孔12，用以充填测量导线与导线孔之间的空隙，形成基于角度测量器2与直角四面体的三维应变状态测试装置，如图4所示，并将该装置置于被测土体中。2)依据直角四面体基座建立空间向量计算坐标系，以直角四面体基座的三条直角棱分别定义x、y、z轴。直角四面体中任意两平面的交线的垂直向量及方向向量，如图1所示的夹角表示二面角，向量向坐标轴x、y、z做投影，可得分解向量a1、b1、c1，a2、b2、c2，表1数据；等直角四面体二面角的方向向量值见表1：面1-4描述的是基座平面空间位置关系，而不是对空间平面的硬性定义。表1等直角四面体二面角的方向向量3)依据式(1)和式(2)建立二面角改变量Δω与常规应变之间的关系；或Δωi＝λjtεab(2)式中，t＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5，6；a＝x，y，z；b＝x，y，z；矩阵λ需满足秩为6，即R(λ)＝6，则λ-1存在，这样才能保证计算常规应变状态的可行性矩阵计算公式为公式(3)；λ1＝2a1a2(3a)λ2＝2b1b2(3b)λ3＝2c1c2(3c)λ4＝a1b2+a2b1(3d)λ5＝b1c2+b2c1(3e)λ6＝c1a2+c2a1(3f)4)依据步骤2)所建立的空间坐标系，利用公式(3)及表1计算出矩阵λ及逆矩阵λ-1；及5)步骤3)中公式左右各乘以逆矩阵λ-1，得出以角应变为变量的常规应变状态的解；式中，t＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5，6；a＝x，y，z；b＝x，y，z；6)六个二面角的偶然误差均是Δω0(Δω0≥0)，式7是计算的常规应变ε的误差；{Δεj}T＝Δω0×{2.2372.2372.237111}T(7)式中，j＝1，2，3，4，5，6。本技术的基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置及方法，能够更准确地获取待测土体内部某一点处真实的应变状态，以加强对土体内部的应变状态的稳定监测。本技术提供一种新的三维应变状态测试手段，改变了以往只能测试表面应变且测试位置不准确的局限，测试精度提高0.6ρ～0.8ρ，更加准确、直观的被测物体内部的变形状态，且该装置可以重复使用，复合绿色环保理念，并且提高工程施工的安全储备，为应变测试
相关研究提供了新的思路和途径。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括直角四面体基座(1)、角度测量器(2)、测试导线(3)、安装导线孔(11)、总导线孔(12)；直角四面体基座(1)由正方体切割而成，分布有安装导线孔(11)和总导线孔(12)，安装导线孔(11)位于直角四面体基座(1)棱上，总导线孔(12)位于基座一个面的形心处，安装导线孔(11)在直角四面体基座(1)直角四面体基座(1)内分别贯通总导线孔(12)；角度测量器(2)连接测试导线(3)且固定在直角四面体基座(1)的棱线上。

【技术特征摘要】
1.一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括直角四面体基座(1)、角度测量器(2)、测试导线(3)、安装导线孔(11)、总导线孔(12)；直角四面体基座(1)由正方体切割而成，分布有安装导线孔(11)和总导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺群，张翻，刘烨璇，白云凤，郭林坪，王英红，夏锦红，柴寿喜，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：新型
国别省市：天津,12