[发明专利]3D打印光弹性材料及模拟加载后褶曲应力分布的方法

权利要求书

1.一种3D打印光弹性材料，其特征在于：包括以胶连接的方式依次紧固连接的：第一试件层、第二试件层和第三试件层；

所述第一试件层、第三试件层的结构性能分别与岩石样本相匹配，所述第二试件层与煤样本相匹配；其中，所述匹配的判断标准为：将所述第一试件层、第三试件层及第二试件层的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度，分别与所述岩石样本及煤样本的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度作比，分别获得如下基础参数：

计算单轴抗压强度相近度、抗拉强度相近度、弹性模量相近度、泊松比相近度、密度相近度的平均值，将单轴抗压强度相近度、抗拉强度相近度、弹性模量相近度、泊松比相近度、密度相近度分别与所述平均值作差，保留与所述平均值差值最小的3个相近度数值作为甄选数值，若3个所述甄选数值彼此间的差值不超过20％，即能判定当前光弹性材料与所述岩石样本数据或煤样本数据最为接近，进而所述第一试件层、第二试件层及第三试件层的结构性能分别与岩石样本或煤样本相匹配，所述第二试样层的褶曲翼间角为30°、60°、90°、120°、150°中的一种。

2.一种根据权利要求1所述的3D打印光弹性材料的模拟加载后褶曲应力分布的方法，所述方法包括如下操作步骤：

对利用3D打印技术得到的不同成分类型的光弹性材料进行强度测试，并统计测试数据；所述测试数据的种类包括：单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度；

依照所述测试数据建立光弹性材料的特征数据库；

分别测试当前岩石样本和煤样本的：单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度，获得当前岩石样本数据及煤样本数据；

在所述特征数据库内挑选出分别与所述岩石样本数据和煤样本数据最为接近的光弹性材料，分别作为岩石模拟光弹性材料及煤样模拟光弹性材料；

采用3D打印技术将岩石模拟光弹性材料分别打印成与褶皱部位的上层和下层结构相一致的外形，进而得到第一试样层和第三试样层；将煤样模拟光弹性材料打印成与褶皱部位中层结构相一致的外形，进而得到第二试样层；所述第二试样层的褶曲翼间角为30°、60°、90°、120°、150°中的一种；

将所述第一试样层、第二试样层和第三试样层以胶粘的方式紧固连接，获得用于模拟由岩层和煤层形成的褶皱的3D打印光弹性材料；

采用光弹性测量方法测试所述3D打印光弹性材料在褶曲处的应力场。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述3D打印光弹性材料的外形为长度为8cm，宽度为8cm，厚度为0.5cm的长方体。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述光弹性测量方法包括：

将所述3D打印光弹性材料放入光弹仪中的压力机内，并将载荷加载方式设定为水平左右加载或上下加载；

打开光弹仪光源，调整光弹仪中的光学器件完成测量并获得光弹图像；

采用光弹性应力分析方法获得褶曲应力分布。