[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

说明书

本发明提供一种旋转直角四面体剪应变测试装置及其应变状态计算方法，该装置包括旋转直角四面体结构和转角测量器，通过测相应的直角改变量，测得剪应变值获得不可压缩材料内部一点处的应变值。同时提供了一种基于旋转直角四面体应变状态的剪应变计算方法，建立了一点处三维应变状态可由几个特征剪应变线性表示的计算公式，从而实现了应变状态由剪应变的单一表示。本发明的有益效果是：揭示了不可压缩材料的内在特性，为认识材料屈服，建立本构模型提供了一种新的手段；为更好的认识不可压缩材料内部的应变和应力，提供了一种直接、有效的手段；填补了三维应变状态可由剪应变计算的空白。

技术领域

本发明属于工程中变形和应变测试技术领域，特别是涉及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，通过该装置测出不可压缩材料内部五个剪应变的数值，进一步得到不可压缩材料内部一点处的三维应变状态。

技术背景

工程中的变形和应变测试技术，测试结果往往大多是单向的、一维的，故关于材料内部的实时变形监测、位移监测、边坡稳定性监测等，一直是各类工程项目安全性评价的重点。

各类工程中发生坍塌、失稳等灾害的监测，大多是通过布置应变片和应力计来进行测量的。于是专利CN104482913A等基于一点处的三维应变状态可由六个相互独立的正应变值来进行表示的理论，设计了相应的测试装置及其测试方法。显然，一点处的三维应变状态常规方法是由三个正应变和三个剪应变来进行表示。而用独立的剪应变对一点的三维应变状态进行描述的装置和相应的计算方法，却还未有相关文献可供查阅。为此，本发明提供发了一种适用于不可压缩材料的新装置及其计算方法。建立了五个独立剪应变值和一点处的三维应变值的计算公式，得到了一种剪应变的应变状态表示方法。

本发明基于直角变形剪应变的概念，创新的提供了一种针对不可压缩材料的旋转直角四面体剪应变测试装置及其计算方法，开创了一种新的视角去描述材料变形的认识和理解，推动了人们对材料特性的认识。本发明装置结构简单，同时本发明针对此装置提供了一种计算方法，该方法原理简单，公式便捷，本发明对材料变形的研究和应变测试的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对不可压缩材料提出一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置及一点的三维应变状态与几个特征剪应变组合的等式关系的计算方法。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置，包括旋转直角四面体，六个转角测量器，不透水密封胶，数据导线；该剪应变测试装置外观为旋转直角四面体，在装置的六条特定棱边上，利用不透水密封胶固定六个转角测量器，并将数据导线汇总，即形成一种适用于不可压缩材料的旋转直角四面体剪应变测试装置。同时，提供了一种基于旋转直角四面体剪应变的测试装置的应变状态的计算方法。

本发明依据直角改变量的剪应变的概念，利用剪应变与三维应变之间的关系，发明了一种测试装置并推导出了一种全新的计算方法。能够用来测试不可压缩材料内部一点处的三维应变状态，该装置结构巧妙，构思独特，与其它方法相比，本发明创造性的给出不可压缩材料内部一点处的三维应变状态与所测剪应变值的计算公式，为研究材料的特性，深化对本构关系的理解给出了理论说明，对揭示不可压缩材料的特性，具有重大的创新性，意义显著。

附图说明

图1直角四面体获得方法示意图；

图2直角四面体旋转基线和底面示意图；

图3直角四面体旋转组合后效果示意图；

图4 AG方向的旋转直角四面体变测试装置效果图；

图5旋转直角四面体剪应变测试装置各面位置示意图；

图6旋转直角四面体剪应变测试装置效果图；

图中：

1.旋转直角四面体 2.转角测量器