[发明专利]基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置及方法

权利要求书

1.一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括直角四面体基座(1)、角度测量器(2)、测试导线(3)、安装导线孔(11)、总导线孔(12)；直角四面体基座(1)由正方体切割而成，分布有安装导线孔(11)和总导线孔(12)，安装导线孔(11)位于直角四面体基座(1)棱上，总导线孔(12)位于基座一个面的形心处，安装导线孔(11)在直角四面体基座(1)直角四面体基座(1)内分别贯通总导线孔(12)；角度测量器(2)连接测试导线(3)且固定在直角四面体基座(1)的棱线上。

2.一种根据权利要求1基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置的测试方法，具体步骤如下：

1)首先将测量导线(3)从每个角度测量器(2)穿过安装导线孔(11)在直角四面体基座(1)形心处汇合后由总导线孔(12)引出将六个角度测量器(2)分别固定在直角四面体6条棱上，接着将泡沫填缝剂压入填充总导线孔(12)，用以充填测量导线与导线孔之间的空隙，形成基于角度测量器(2)与直角四面体的三维应变状态测试装置，并将该装置置于被测土体中。

2)依据直角四面体基座建立空间向量计算坐标系，以直角四面体基座的三条直角棱分别定义x、y、z轴；

3)依据式(1)和式(2)建立二面角改变量Δω与常规应变之间的关系；

或

△ω_i＝λ_jtε_ab (2)

式中，t＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5，6；a＝x，y，z；b＝x，y，z；矩阵λ需满足秩为6，即R(λ)＝6，则λ^-1存在，这样才能保证计算常规应变状态的可行性，矩阵计算公式为下述公式(3)；

λ₁＝2a₁a₂ (3a)

λ₂＝2b₁b₂ (3b)

λ₃＝2c₁c₂ (3c)

λ₄＝a₁b₂+a₂b₁ (3d)

λ₅＝b₁c₂+b₂c₁ (3e)

λ₆＝c₁a₂+c₂a₁ (3f) (3)

4)依据步骤2)所建立的空间坐标系，利用公式(3)计算出矩阵λ及逆矩阵λ^-1；

及

5)步骤3)中公式左右各乘以逆矩阵λ^-1，得出以角应变为变量的常规应变状态的解；

式中，t＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3，4，5，6；a＝x，y，z；b＝x，y，z。

6)六个二面角的偶然误差均是Δω₀(Δω₀≥0)，式7是计算的常规应变ε的误差；

{△ε_j}^T＝△ω₀×{2.237 2.237 2.237 1 1 1}^T (7)

式中，j＝1，2，3，4，5，6。