[发明专利]一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置及其计算方法

权利要求书

1.一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置，其特征是：包括旋转直角四面体(1)、转角测量器(2)和数据导线(4)，所述旋转直角四面体(1)是在立方体单元上的型材进行切割后将切割前后的两个直角四面体进行组合，形成有一个共同顶点、六个凸出的棱边和12个切割面的等分体；所述棱边上均设有转角测量器(2)，所述转角测量器(2)测得的数据经数据导线(4)传输给数据采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置，其特征是：所述立方体单元以ABCD为底面，以EFGH为顶面；所述切割前直角四面体是以BDE三点所确定的平面为切割面，在立方体单元进行切割得到一个直角四面体ABDE，切割后将其沿着直线AG方向旋转60°得到直角四面体AB'D'E'，再将旋转前后的两个直角四面体组合到一起，得到有一个共同顶点、六个凸出的棱边和12个切割面的等分体。定义立方单元体初始位置处的ABC、ABE、AEH所在的平面分别为面π、χ和ψ，旋转后的平面AB'E'、AE'D'分别定义为面ξ、η；六个凸出的棱边为AE、AD、AB、AE'、AD'、AB'，即可得到旋转直角四面体(1)。

3.根据权利要求2所述的一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置，其特征是：所述切割表面π、χ、ψ、ξ和η为测量面。

4.根据权利要求1所述的一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置，其特征是：所述转角测量器布置在棱边AE、AD、AB、AE'、AD'、AB'上。

5.根据权利要求1所述的一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置，所述旋转直角四面体为橡胶材料。

6.根据权利要求1所述的一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置的应变状态计算方法，具体步骤为：

1)依据直角变形量的剪应变概念，对待测的五个直角改变量进行定义：面ψ所测的直角改变量即为一个剪应变，定义为γ₁。同理，其他的四个面，面π、面χ、面ζ和面ξ测得的剪应变，定义为γ₂、γ₃、γ₄和γ₅；

2)将步骤1)布设的旋转直角四面体剪应变的测试装置放入不可压缩材料的被测体内，并将转角测量器的数据导线与外部实时监测数据采集系统连接，即可测出γ₁、γ₂、γ₃、γ₄和γ₅；

3)以A为原点建立坐标系，其中假定AB边为x轴，AD边为y轴。假设AB边长为1，则计算可确定向量向量由此可构造出方向矩阵D，并得到D^-1；

4)按下述公式计算不可压缩材料内部一点处的三维应变状态：

{ε_i}＝D^-1{ε_j} (1)

式(1)中，ε_i为不可压缩材料内一点处的三维应变状态。

式(1)中，ε_j为不可压缩材料内部一点处，转角测量器(2)实测值。

式(1)中，D^-1为

其中，针对不可压缩材料，矩阵D为两直角边方向向量确定出来的方向矩阵，D^-1为此方向矩阵D的逆矩阵。