[发明专利]一种螺壳内腔承压的力学特性试验装置

说明书

技术领域

本发明专利涉及仿生力学性能测试装置，尤其涉及一种螺壳内腔承压的力学特性试验装置。

背景技术

仿生学作为一门新兴的交叉学科，通过对生物结构、生物功能和生命过程的认识为机械与工程技术的研究及发展提供了全新的科学原理和技术方法。如何发现和利用生物带来的启示，是仿生学研究的主要任务。

螺壳经与海水的相互作用其表面结构呈良好的流线型，螺壳动物在受到外界刺激时会快速的将身体蜷回到螺壳中，在此过程中螺壳中的水随着软体动物的急速缩进而瞬时排出。贝壳形状和壳体结构、材料的优化是满足其力学性能要求的途径。深海软体动物贝壳经过海水的冲刷和上亿年的进化，其外部形态的宏观结构和表面介观结构具有适应流体环境、减小流体流动阻力和良好的耐压承压性能。

现行关于蜗壳的仿生学研究，多是存留在三维建模与软件仿真的阶段，或者利用统计学的手段进行。如何利用实验的方式，建立一种完全实验蜗壳力学性能的装置，即设计一种螺壳内承压性能检测试验装置以实现螺壳承压能力测试，发掘蜗壳给人类带来的仿生学启示是现阶段急需解决的问题。

发明专利内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提出了一种能够测试螺旋形贝壳的内腔承压特性、实现可控增压、压力数据可记录、多类蜗壳通用的螺壳内腔承压的力学特性试验装置。

本发明专利为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种螺壳内腔承压的力学特性试验装置，其特征在于，包括蜗壳实验单元、气动传输单元和信息采集单元；所述蜗壳实验单元位于实验装置的上层，为力学性能测试提供平台；所述气动传输单元位于实验装置的下层，为测试装置传输气压，所述信息采集单元位于实验装置的保护壳体正前面，起到监测蜗壳力学性能、记录实验数据、传输实验数据到计算机的作用；所述蜗壳实验单元与所述气动传输单元之间由气道连通，所述气动传输单元将气压自下而上传递给所述蜗壳实验单元，使其承受气压直至崩溃；所述信息采集单元记录这一过程中的数据。

所述蜗壳实验单元，包括底板、气嘴、定位板、蜗壳和玻璃防护罩。所述底板，其材料选用钢板，制作成方形，并在其中心位置留有气孔，以备安装气嘴作气体传输使用；所述气嘴采用通用φ6口径单向气阀；所述定位板采用厚度为10cm-14cm的铸铁板,所述定位板与所述底板垂直安装，为所述蜗壳提供定位；所述定位板与所述底板通过螺栓固定连接；所述蜗壳，为一种半剖开的螺旋形海螺或贝类壳体，所述蜗壳切断面扣合在底板上，头端端面与所述定位板相粘接，其余部分与所述底板相粘接形成密封空腔；所述玻璃防护罩扣压在所述蜗壳实验单元的最上端，阻挡蜗壳崩溃时碎屑飞散。

所述气动传输单元，包括气源、气源气压表、电磁阀、气泵、蜗壳气压表和供气通道；所述气源、所述气源压力表、所述电磁阀、所述气泵以及所述蜗壳压力表顺序连接，通过所述供气通道将气压传递到所述蜗壳实验单元的密闭空腔内；所述气源为通用小型惰性气体气罐，储存实验所用气体，其气压由所述气源气压表测量并显示；所述气源气压表实时显示气源气压，为实验提供安全警示；所述电磁阀为气动电磁阀，起到控制气路通断的作用；所述气泵为实验装置的增压控制器，可以通过占空比控制进气速率，进而控制蜗壳密闭空腔内气压；所述蜗壳压力表实时显示蜗壳内压力，并将气压信号记录下来，传递给所述信息采集单元。

所述信息采集单元，包括传感器、单片机、液晶屏和PC机；所述传感器为压力传感器共含5个，一个布置在所述蜗壳最高点，其余四个以30°为间隔，向两侧对称分布；所述传感器一面粘贴在所述蜗壳待测面上，另一面紧靠在所述定位板上；所述单片机内嵌在所述实验装置的外包装箱壁上，采集所述传感器采集的信息；所述单片机同时还控制电磁阀通断，控制气泵占空比大小，采集蜗壳气压表数据并对采集的数据进行处理，传送信息到液晶显示屏上；所述液晶显示屏在所述单片机一侧，显示单片机获取的有效信息；所述PC机通过无线通讯手段与单片机进行交互，能够对实验设备进行远程调试与控制，进一步提高设备的安全性。

本发明具有的优点和积极效果是：

一种螺壳内腔承压的力学特性试验装置，从实验角度出发提供了一套全新的仿生学蜗壳承压能力测试装置，该装置为蜗壳仿生学研究提供了除去软件仿真之外的又一途径；

通过位移传感器粘贴在在蜗壳上进行崩溃压力测量的设计，实现了蜗壳封闭内腔增压过程中的形变测量，获取蜗壳螺壳整体承压性能和形变规律，揭示蜗壳螺壳的承压机理；

通过将蜗壳实验单元、气动传输单元和信息采集单元分层设置在防护装置内，对操作人员和试验系统提供了充足的保护，并节约了崩溃实验的成本；