[发明专利]基于新型多面体基座的三维应力测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种基于新型多面体基座的三维应力测试装置，其特征是：包括新型多面体基座(1)、多个土压力盒(2)、热熔填充胶(3)和数据导线(4)，所述新型多面体基座(1)上设有凹槽a(5)和凹槽b(6)、凹槽b(6)内安置有水准泡(9)且每个凹槽a(5)中心处均设有数据导线孔(7)，将七个土压力盒(2)固定在新型多面体基座(1)上的七个相互独立的面内凹槽a(5)上，七个土压力盒的数据导线(4)经由凹槽a(5)中心处的数据导线孔(7)导出，由导线出线孔(8)导出后与外部应力采集系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于新型多面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述新型多面体基座(1)与多个土压力盒(2)之间用热熔填充胶(3)进行固定。

3.根据权利要求2所述的一种基于新型多面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述凹槽a(5)为圆柱体，直径为30mm，大正方形底面槽深为11-12mm，其余槽深度为5-6mm；所述凹槽b(6)深度为3-4mm、直径为13mm且内置有水准泡(9)采用市面上销售产品。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于新型多面体基座的三维应力测试装置，其特征是：多个土压力盒(2)采用应变式土压力盒，型号为LY-350型，适用于材料界面处的应力测试，且其型号与新型多面体基座(1)上设有凹槽a(5)的截面尺寸相匹配。

5.一种根据权利要求书1所述的种基于新型多面体基座的三维应力测试装置的测试方法，其具体实施步骤如下：

1)将土压力盒同新型多面体基座组装好；

2)将新型多面体基座的高精度三维应力测埋入待测材料中；并将压力盒的数据导线汇总导出与应力采集系统相连接；

3)确定埋置平面，定好x、y、z坐标轴，选择七个相互独立的面记为α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆，α₇，确定面内土压力盒的法向量方向与坐标夹角确定转换矩阵A；

4)经应力采集系统测得七个应力读数，即σ₁，σ₂，σ₃，σ₄，σ₅，σ₆，σ₇。表示为σ_a1＝{σ₇,σ₂,σ₃,σ₄,σ₅,σ₆}^T；σ_a2＝{σ₁,σ₇,σ₃,σ₄,σ₅,σ₆}^T；σ_a3＝{σ₁,σ₂,σ₇,σ₄,σ₅,σ₆}^T；σ_a4＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₇,σ₅,σ₆}^T；σ_a5＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₄,σ₇,σ₆}^T；σ_a6＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₄,σ₅,σ₇}^T；σ_a7＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₄,σ₅,σ₆}^T；

5)计算测试点的三维应力状态，其计算公式如下：

式(1)中{σ_ki}(i＝1、2、3、4、5、6、7)为测试点的三维应力状态，即

σ_ki＝{σ_xi,σ_yi,σ_zi,σ_xyi,σ_yzi,σ_zxi}^T (2)

式(1)中A_i^-1为对应的土压力盒的转换矩阵的逆矩阵，具体为：

根据式(1)算出该测试点内部的七组正应力分量和剪应力分量，即七组三维应力状态测试值，记为：σ_ki＝{σ_xi，σ_yi，σ_zi，σ_xyi，σ_yzi，σ_zxi}^T(i＝1、2、3、4、5、6、7)，然后按公式(3)取平均值：

{σ_x，σ_y，σ_z，σ_xy，σ_yz，σ_zx}^T＝(σ_k1+σ_k2+σ_k3+σ_k4+σ_k5+σ_k6+σ_k7)÷7 (3)

其中，σ_x，σ_y，σ_z，σ_xy，σ_yz，σ_zx为材料内部最终测试状态的三维应力值。