[发明专利]一种颗粒材料力学实验可视化测试方法及其测试装置

权利要求书

1.一种颗粒材料力学实验可视化测试方法，其特征在于：首先把由发光材料加工而成的毫米级颗粒，放入可以施加压缩/剪切荷载的可视化加载装置中，然后开启光源，使光源发出的光线依次沿着起偏镜、1/4波片、可视化加载装置、1/4波片、检偏镜、摄像机传播，并确保光源发出的光传播到毫米级颗粒上，之后根据相应实验要求，对毫米级颗粒进行压缩荷载或剪切荷载、或压缩荷载与剪切荷载组合的施加，在加载的过程中，摄像机采集到的图像会出现明暗相间的条纹，应用应力—光性定律，毫米级颗粒中不同位置应力大小的变化可以通过条纹密度或光强直接观测，而且对摄像机采集的图像进行处理后，可以对颗粒介质内部应力分布进行标识和计量，并实现颗粒间的接触应力、颗粒介质内部剪切带的厚度和角度、力链的分布和走向的可视化。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试方法，其特征在于：在加载的过程中，采用测量显示器实时记录下所有荷载、位移数据。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试方法，其特征在于：在进行图像处理时，通过图像处理软件matlab编制相应程序进行处理，处理后可以将颗粒材料内部的力链标识出来，而光强的大小可以用图像像素点灰度值的大小表示，之后再根据应力—光性定律，就可以通过图像灰度值的大小反映各点应力的大小。

4.一种实现权利要求1所述颗粒材料力学实验可视化测试方法的测试装置，其特征在于：包括有光源、用于形成平面偏振光的起偏镜、用于形成圆偏振场的1/4波片、可对其内颗粒材料施加压缩/剪切荷载的可视化加载装置、用于过滤其它方向偏振光的检偏镜以及用于采集图片的摄像机，其中，所述起偏镜和摄像机分别设置在可视化加载装置的相对两侧，所述起偏镜与可视化加载装置之间和所述摄像机与可视化加载装置之间均设置有所1/4波片，光源发出的光线沿着起偏镜、1/4波片、可视化加载装置、1/4波片、检偏镜、摄像机依次传播，并确保光源发出的光传播到可视化加载装置内的颗粒上。

5.根据权利要求4所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，其特征在于：所述摄像机配置有用于实时显示图像的智能终端。

6.根据权利要求4所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，其特征在于：所述可视化加载装置包括有可视化框架（1）、压缩荷载施加装置（2）、剪切荷载施加装置（3）、测量显示器（4）以及相互配对的可视化上颗粒材料试样盒（5）和可视化下颗粒材料试样盒（6），其中，所述可视化上颗粒材料试样盒（5）和可视化下颗粒材料试样盒（6）分别置于可视化框架（1）内，且所述可视化下颗粒材料试样盒（6）滑动安装在可视化框架（1）的内腔底部，并可由装于可视化框架（1）上的剪切荷载施加装置（3）对其施加剪切荷载，所述可视化上颗粒材料试样盒（5）和可视化下颗粒材料试样盒（6）之间通过可拆卸的销钉连接，且所述可视化上颗粒材料试样盒（5）可由装于可视化框架（1）上的压缩荷载施加装置（2）对其内的颗粒材料施加压缩荷载；所述压缩荷载施加装置（2）和剪切荷载施加装置（3）上均装有拉压传感器和位移传感器，且所述拉压传感器和位移传感器分别与测量显示器（4）连接。

7.根据权利要求6所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，其特征在于：所述可视化框架（1）上设有用于调整颗粒材料试样盒初始位置的复位螺杆（7）。

8.根据权利要求6所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，其特征在于：所述可视化上颗粒材料试样盒（5）的顶部设有用于压着其内颗粒材料的加载盖板（9），压缩荷载施加装置（2）通过其压杆（201）顶着加载盖板，为可视化上颗粒材料试样盒（5）内的颗粒材料施加压缩荷载；所述剪切荷载施加装置（3）通过其剪切杆（301）顶着可视化下颗粒材料试样盒（6）的侧壁，为该可视化下颗粒材料试样盒（6）施加剪切荷载。

9.根据权利要求6所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，其特征在于：所述可视化上颗粒材料试样盒（5）和可视化下颗粒材料试样盒（6）均配套有两块可视化板，所述可视化上颗粒材料试样盒（5）和可视化下颗粒材料试样盒（6）上分别形成有用于安装所述可视化板的卡槽，且所述可视化上颗粒材料试样盒（5）的卡槽（501）与可视化下颗粒材料试样盒（6）的卡槽（601）一一对应。

10.根据权利要求6所述的一种颗粒材料力学实验可视化测试装置，其特征在于：所述可视化下颗粒材料试样盒（6）是通过其底部的滑块（8）滑动安装在可视化框架（1）的内腔底部。