[发明专利]基于三维打印技术的三维应变测量系统及其测试方法

说明书

本发明涉及一种基于三维打印技术的三维应变测试方法，具体包括步骤：打印应变砖模型，应变砖模型包括两两相互垂直的n个侧面，其中，6≥n≥3；将n组应变片组设置于n个侧面上；每组应变片组包括三个应变片，相邻两个应变片之间呈45°设置；将应变砖模型植入三维打印试样内部，并放入空间直角坐标系中，确定每一应变片的坐标值；根据每个应变片测量的应变片测量值，得到6个常应变分量；得到三维打印试样的主应变方向及主应变量。本发明提供的基于三维打印技术的三维应变测量装置及其测试方法，设置了至少九个应变片进行数据测量，利用冗余设计的原理，提高了测试性能及测试精度。

技术领域

本发明涉及三维打印试样的内部应变测试技术领域，特别是涉及一种基于三维打印技术的三维应变测量系统及其测试方法。

背景技术

在岩土领域，许多理论和技术难题需要进行深入的试验研究和探讨。目前，采用与研究对象材料相似的三维打印试样进行物理模型试验是解决这些问题的重要手段之一。

在三维物理模拟中，获取三维打印试样内部三维应变状态是研究工程结构力学行为的关键，对于一些复杂的地下工程，常常需要确定三维打印试样内部某一点的主应力或主应变的大小和方向。虽然从理论上只需知道某一点的六个不同方向的主应变值就可以推算出常规三维应变状态，但在实际应用过程中，不同应变片的数量和三维布置形式都会对测量的精度产生很大影响。若应变片的数量过多，对于较小的三维打印试样，可操作性差，适用性差；而若应变片数量太少，不利于顺利完成物理模拟试验中的相关测量，此外，设置于三维打印试样内的应变片会因时间或外部环境因素等影响，导致其失效而降低存活率，从而影响测量结果。因此，应变片设置的数量和三维空间布置形式直接影响对三维打印试样内部主应力或主应变的大小和方向的测量。

发明内容

基于此，基于冗余传感器设置理念，有必要提供一种基于三维打印技术的三维应变测量系统及其测试方法，采用冗余思想设计应变片的三维布置形式及其数量，在确保能够正常进行三维应变测量的基础上，提高测量结果的精度。

本申请的一方面，提供一种基于三维打印技术的三维应变测试方法，包括步骤：

S10：采用三维打印制作应变砖模型，所述应变砖模型包括两两相互垂直的n个侧面，其中，6≥n≥3；

S20：将n组应变片组一一对应地设置于所述n个侧面上，其中，每组所述应变片组包括位于同一平面内的三个应变片，相邻两个所述应变片之间呈45°设置；

S30：将所述应变砖模型植入三维打印试样内部，将所述三维打印试样放入空间直角坐标系中，确定每一所述应变片的坐标值；

S40：根据每个所述应变片所测量的应变片测量值，得到6个常应变分量；

S50：根据所述坐标值及所述6个常应变分量，得到所述三维打印试样的主应变方向及主应变量。

在其中一个实施例中，所述步骤S40具体包括：

当所述应变片测量值的数量大于6时，根据应变转换方程(1)和最小二乘法公式计算得出6个常应变分量，分别记为ε_x、ε_y、ε_z、ε_xy、ε_yz、ε_zx：

其中，ε_i表示6个所述应变片测量值中的一个所述应变片测量值；

所述步骤S50中得到所述三维打印试样的主应变量具体包括：

根据公式(2)、(3)、(4)及(5)得到所述三维打印试样的三个主应变量ε₁，ε₂，ε₃：