[发明专利]一种颗粒介质等效力学参数测量系统

说明书

技术领域

本发明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。 

背景技术

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。 

发明内容

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，本发明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。 

本发明的技术方案如下： 

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。