一种颗粒介质等效力学参数测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种颗粒介质等效力学参数测量系统，包括容纳颗粒介质的刚性开口容器，所述刚性开口容器的容腔的形状为长方体；在所述容腔的侧壁上设置有压力传感器和位移传感器；在所述容腔内活动设置有颗粒介质压力传递部件，所述颗粒介质压力传递部件的一侧与所述压力传感器和所述位移传感器触压，所述颗粒介质压力传递部件的另一侧的所述容腔容纳所述颗粒介质；还包括容积调节板，所述容积调节板调整容纳所述颗粒介质的空间的容积。本实用新型专利技术的测量系统结构简单，成本低，可广泛应用于对颗粒介质等效力学参数的测量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种力学参数测量系统，特别是针对不同颗粒大小，不同比例要求的颗粒介质的力学参数进行测量的系统。
技术介绍
颗粒介质(或称为散体)广泛存在于生产生活中，在设计颗粒介质容器时，需要了解颗粒介质的力学特性。例如在设计谷仓时，需要将谷物等效为一种连续的力学介质进行计算分析来评价其对谷仓壁的压力。而利用实验测量散体介质的等效力学参数是解决上述问题的关键步骤。测量颗粒介质的等效力学参数的方法有多种，主要有动态测量和静态测量两种方式。动态测量主要是通过测量颗粒介质的动态响应来反推材料参数。例如声波测量方法通过测量声波在样品中的波速来推算样品的力学参数，具体的做法为将颗粒介质(样品)放置于聚乙烯圆筒中，圆筒的两端有两个中空的活塞，两个活塞的端部分别安装压电材料做成的发射器和接收器，发射器发出声波，通过活塞中的气体传至样品中。声波通过样品后， 引发另一侧的活塞发生移动，再由PZT转换成电信号接收，计算出波速后以反解出样品的弹性常数。由于波速测量中需要波长远大于样品的颗粒尺寸，因而此实验测量需要容器尺寸很大才能满足一定测量精度，使得这种方法的实施存在一定的局限性。静态测量是通过向样品缓慢施加测试载荷，同时直接测量样品的应力和变形，通过材料力学理论求解样品的材料参数。土力学中常用的三轴试验仪即是按此种原理设计的仪器，但由于其只能监测样品一个方向的应力和变形，所以只能给出弹性模量和泊松比之间的关系，而不能单独测量出样品的弹性模量和泊松比。如果想分别测量出弹性模量和泊松比，必须能够测量到被测物两个方向上的信息。图1显示了一种静态测量方法的测量装置(申请号为No. P-340014的波兰专利申请)，包括两个半圆筒壁104对接构成的容器侧壁，在所述容器侧壁和底板105构成的容器中盛放被测颗粒介质；盖板102盖压在被测颗粒介质上，测试载荷通过压头施加在盖板102 上，进而施加在被测颗粒介质上，压头上设置测试载荷传感器101。一个半圆筒壁104固定在基座上，另一个半圆筒壁104活动设置，在两个半圆筒壁104对接处设置水平载荷传感器 103。在测量时向盖板102施加测试载荷，同时测量盖板102的位移，以及水平载荷传感器 103获取的横向力，然后计算出被测颗粒介质的弹性模量和泊松比。图1所示测量装置存在下列问题半圆筒壁104准确对接需要具有较高的精度才能实现，因此，容器侧壁104的结构比较复杂，加工难度大；另外，当加载力较大时，由于传感器刚度有限筒壁不可避免的发生较大位移，若要避免该位移的发生，则需要设计伺服装置将筒壁推回原位，这样必然使装置更加复杂，成本大大提高；最后，当需要进行缩比实验时，由于容器的容积不可变，需要加工多个不同容积的测量装置，实验成本进一步提高
技术实现思路
为了解决现有颗粒介质等效力学参数测量装置存在的结构复杂和实验成本高的问题，本技术提供了一种颗粒介质等效力学参数测量系统，其结构简单，容积可调，可满足缩比实验要求。本技术的技术方案如下一种颗粒介质等效力学参数测量系统，包括容纳颗粒介质的刚性开口容器，所述刚性开口容器的容腔的形状为长方体；在所述容腔的侧壁上设置有压力传感器和位移传感器；在所述容腔内活动设置有颗粒介质压力传递部件，所述颗粒介质压力传递部件的一侧与所述压力传感器和所述位移传感器触压，所述颗粒介质压力传递部件的另一侧的所述容腔容纳所述颗粒介质；还包括容积调节板，所述容积调节板调整容纳所述颗粒介质的空间的容积。优选的，所述容积调节板为矩形板。优选的，所述调节板的数量至少为4。优选的，所述压力传感器的数量为4，所述位移传感器的数量为1。优选的，所述位移传感器和所述压力传感器设置在同一所述容器的侧壁上，所述位移传感器的轴线与所述容腔的侧壁的中心相交，所述4个压力传感器的连线在所述容腔的侧壁上形成矩形，所述容腔的侧壁的中心与所述压力传感器形成的矩形的中心重合。优选的，所述颗粒介质压力传递部件为矩形的压力传递板。优选的，所述压力传递板与所述容腔的底板接触的边缘上设置有滚轮或滚珠。优选的，所述压力传递板的边缘与所述容腔的侧壁之间为间隙配合。优选的，在所述刚性开口容器的开口处设置有盖压所述颗粒介质的加载盖板。优选的，所述颗粒介质等效力学参数测量系统还包括计算机，所述压力传感器和所述位移传感器均与所述计算机电连接。本技术的技术效果本技术采用了刚性开口容器盛放被测颗粒介质，刚性开口容器的容腔的形状为长方体，在所述容腔的侧壁上设置压力传感器，颗粒介质压力传递部件将刚性开口容器的容腔分割成两个空间，一个空间盛放被测颗粒介质，另一个空间为压力传感器及位移传感器所在的空间。颗粒介质压力传递部件将被测颗粒介质形变产生的压力传递给压力传感器，由于传感器刚度有限，所述压力传递部件会朝压力传感器方向发生移动。所述位移传感器可记录下该移动的位移量，测量结果会用于计算最终的被测颗粒介质等效力学参数。此种设计免去了原本需要安装伺服装置的必要，并且本技术采用的刚性开口容器的容腔的侧壁和底板均为平板，因此结构简单，在制造该容器过程中也就无需考虑对接时的精度， 这些都大大降低了设计和制造成本。另外，图1所示的现有装置容纳颗粒介质的容积仅能在一个比较小的范围内变动。对于同一尺寸的颗粒介质，需要进行颗粒介质力学性质的缩比实验(颗粒介质力学性质的尺寸效应非常明显，试件尺寸与颗粒本身尺寸之比值不同时，介质的力学性质发生明显改变)，缩比实验需要使用容积差异较大的容器，这需要容积不同的多个现有测量装置才能实现。而本技术的测量装置通过设置容积调节板调节容纳颗粒介质的空间，从而使得一个测量装置可以进行颗粒介质的力学性质缩比实验，节约测量成本。附图说明图1为现有颗粒介质的等效力学参数测量装置结构原理图。图2为本技术颗粒介质等效力学参数测量系统的一个实施例。图3为图2中刚性开口容器的俯视图。图4为本技术颗粒介质等效力学参数测量系统的另一个实施例。图5为压力传递板的局部剖视图。图6为图2和图4所示实施例中刚性开口容器侧壁上压力传感器和位移传感器的布置图。上述图中附图标记说明如下101、测试载荷传感器；102、盖板；103、水平载荷传感器；104、半圆筒壁；105、底板；1、刚性开口容器；2、加载盖板；3、加载压头；4、试验机传感器；5、压力传递板；6、 侧壁；7、数据采集卡；8、计算机；9、被测颗粒介质；10、底板；11、压力传感器；12、信号处理器；13、调节板；14、滚珠；15、滚珠安装板；16、螺钉；17、位移传感器。具体实施方式以下结合附图对本技术的技术方案进行详细说明。图2显示了本技术的颗粒介质等效力学参数测量系统的一个实例，其中的刚性开口容器1以剖视图的方式展示。刚性开口容器1的容腔由侧壁6和底板10构成。侧壁6为四个矩形板围合的闭合结构(结合图3)。一个所述矩形板与其他所述矩形板中的两个垂直，或者说所述矩形板两两平行，平行的两个所述矩形板与另两个平行的所述矩形板垂直，使得所述容腔的形状为长方体。图2所示实施例中刚性开口容器1的具体几何尺寸为刚性侧壁6厚度为10mm，外部轮廓尺寸254mmX 200mmX 200mm。在侧壁6上设置有压力传感器11和位移传感器17，压力传感器11的承压部分和位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马少鹏，刘程林，马沁巍，蔡小兵，苏煜，王洪涛，孙立斌，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：实用新型
国别省市：