[发明专利]基于断裂力学和光纤传感的裂缝模拟标定装置

说明书

基于断裂力学和光纤传感的裂缝模拟标定装置，涉及工程结构健康监测领域。本发明是为了解决现有缺少模拟工程材料裂缝的装置，不能检测裂缝的受力的问题。上测试板和下测试板沿竖直方向搭接，且搭接处用于模拟裂缝，固定支座固定在下测试板的一侧面，R向滑台设置在固定支座上，Y向滑台设置在R向滑台上，Z向滑台设置在Y向滑台上，Z向滑台与上测试板一侧面固定连接；光纤传感器，用于感应上测试板和下测试板产生缝隙引起的应变或波长的变化；光纤传感设备用于光纤传感器应变或波长的接收与显示，还用于建立Z向滑台、Y向滑台和R向滑台中至少一个滑台产生的位移和该位移对应的应变或波长变化关系。它用于裂缝模拟和标定。

技术领域

本发明涉及裂缝模拟装置。属于工程结构健康监测领域。

背景技术

工程材料在生产、加工和使用过程中会产生缺陷和裂缝。在断裂力学中根据裂缝受力情况可以分为三种基本裂缝形式。其中张开型裂缝(Ⅰ型)受垂直于裂缝面的拉应力作用，裂缝上下两表面相对张开；滑开型裂缝(Ⅱ型)受平行于裂缝面，并且垂直于裂缝前缘的剪应力，裂缝在平面内相对滑开；撕开型裂缝又称出平面剪切型或反平面剪切型裂缝(Ⅲ型)，受既平行于裂缝面又平行于裂缝前缘的剪应力作用，裂缝上下两表面沿Z轴相对错开。

如果裂缝同时受正应力和剪应力的作用，或裂缝与正应力成一角度，这时就同时存在Ⅰ型和Ⅱ型，或Ⅰ型和Ⅲ型，称为复合型裂缝。实际裂缝中常常是两种或两种以上基本型的组合。一般受力情况是复合型裂缝，可以同时存在三种位移分量，也可以是任何两个位移分量的组合，我们可以分别求出三个或两个位移分量，然后应用叠加原理得到复合型裂缝的位移。在实际研究过程中难以直接明晰复合型裂缝的成因及扩展机理，我们可以从基本型裂缝出发，逆向还原研究复合型裂缝，因此如何采用合适的手段获取并着重分析上述三种基本型裂缝的受力特性是十分重要的。

光纤传感器凭借其抗电磁干扰、耐腐蚀、高绝缘性、便于复用成网、测量范围广等优点，在土木工程、航空航天、石油化工等领域的结构健康监测中获得了广泛应用。当外界环境中的应变场及温度场发生变化时，将引发光纤传感器内部相应光学参量的变化，从而实现应变及温度的测量。据此采用光纤传感技术可以准确得到含裂缝结构的力学响应，据此研究承载结构从裂缝萌生到扩展过程中的受力特性，进而建立工程结构开裂判据并对裂缝扩展过程展开分析。结合断裂力学原理和光纤传感技术，设计一种适用于工程结构裂缝模拟及标定的装置可为工程结构裂缝处力学响应的研究提供支撑。

发明内容

本发明是为了解决现有缺少模拟工程材料裂缝的装置，不能检测裂缝的受力的问题。现提供基于断裂力学和光纤传感的裂缝模拟标定装置。

基于断裂力学和光纤传感的裂缝模拟标定装置，所述装置包括上测试板1、下测试板 2、固定支座3、Z向滑台4、Y向滑台5、R向滑台6、光纤传感器10和光纤传感设备11；

上测试板1和下测试板2沿竖直方向搭接，上测试板1和下测试板2的搭接处用于模拟裂缝，固定支座3固定在下测试板2的一侧面，R向滑台6设置在固定支座3上，Y向滑台5设置在R向滑台6上，Z向滑台4设置在Y向滑台5上，Z向滑台4与上测试板1 一侧面固定连接；

光纤传感器10横跨上测试板1和下测试板2，并粘贴于上测试板1和下测试板2另一侧面上，光纤传感器10，用于感应上测试板1和下测试板2产生缝隙引起的应变或波长的变化；

光纤传感设备11与光纤传感器10连接，用于光纤传感器10应变或波长的接收与显示，还用于根据Z向滑台4、Y向滑台5和R向滑台6中至少一个滑台产生的位移和该位移对应的应变或波长变化，建立位移与光纤传感器10应变或波长变化的关系。

优选地，所述装置还包括两个传感器夹持板7；

两个传感器夹持板7将光纤传感器10固定在上测试板1和下测试板2上。

优选地，所述装置还包括蝶形螺丝8，

通过蝶形螺丝8固定两个传感器夹持板7。