[发明专利]一种四棱锥台体剪应变测试装置及其应变状态表示方法

权利要求书

1.一种四棱锥台体剪应变测试装置，其特征是：包括四棱锥台体(1)，转角测量器(2)和数据导线(4)，所述四棱锥台体(1)由立方体型材一体切割出的长方体底部和四棱锥体的上部形成，所述四棱锥体的每两个相对锥面形成的夹角垂直；所述转角测量器(2)分别设置在四棱锥台体(1)相邻的三个相互垂直的直角边和四棱锥体的四个斜面上；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所述的一种四棱锥台体剪应变测试装置，其特征是：所述转角测量器(2)设置为七个，分别由不透水密封胶(3)固定在四棱锥台体(1)相邻的三个相互垂直的直角边和四棱锥体的四个斜面上。

3.根据权利要求1所述的一种四棱锥台体剪应变测试装置，其特征是：所述四棱锥台体(1)为橡胶材料。

4.一种利用权利要求1所述的四棱锥台体剪应变测试装置的应变状态表示方法，具体步骤为：

1)依据剪应变的定义对四棱锥台体布设七个转角测量器，并对所需测得的五个直角改变量进行定义：四棱锥的两个相对面η₁和面η₂内转角测量器直角改变量即为一个剪应变，定义为γ_η；长方体底部相邻直角边形成的面π和面χ之间的剪应变，为棱边上转角测量器测量值，定义为γ_πχ，同理定义其他三个剪应变为γ_χψ、γ_ψπ、γ_ξ；

2)将步骤1)布设的四棱锥台体剪应变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，可得到γ_η、γ_πχ、γ_χψ、γ_ψπ、γ_ξ处的数据实测值；

3)将数据采集系统采集的五个剪应变的方向向量，依据剪应变的定义，假定α和β为每个所测直角的两直角边，以AB为x轴，AD为y轴，AE为z轴建立坐标系，分别计算出γ_η、γ_πχ、γ_χψ、γ_ψπ、γ_ξ对应直角边的α方向和β方向向量，设每个α边和β边在x轴、y轴、z轴的方向向量投影长度为a、b、c。

4)根据步骤3)中剪应变的α方向向量和β方向向量在坐标中的投影值a、b、c，可得方向矩阵T，并得到逆矩阵T^-1经计算公式(1)—(4)得到不可压缩材料内部任一点处应变状态：

{ε_k}＝T^-1{γ_j} (1)

式中：ε_k为不可压缩材料内一点处的实际应变状态。

γ_j为不可压缩材料中所选计算单元的剪应变实测值。

T^-1为

其中，针对不可压缩材料，矩阵T为直角改变量中α方向和β方向确定出来的方向矩阵，T^-1为此方向矩阵的逆矩阵。