[发明专利]电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置及方法

权利要求书

1.电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变的测量方法，测量装置包括支撑板，所述支撑板上置有用于放置试验球（14）的限位铁柱（11），试验球（14）上设有高精度角度传感器（15）；高精度角度传感器（15）通过导线（9）引出限位铁柱（11）并与信号转换器（10）相连；信号转换器（10）的信号输出端与高精度角度位移显示器（8）相连；所述的限位铁柱（11）的上方设有可移动的电磁加载装置，通过电磁加载装置对限位铁柱（11）内试验球（14）施加电磁冲击荷载；所述的限位铁柱（11）内开设若干个沿轴向延伸的孔柱，孔柱以限位铁柱（11）为圆心沿限位铁柱（11）的圆周边缘排列，孔柱内放置若干个试验球（14），孔柱轴向外圆周面设有内外相通的预留通缝（18）；若干个所述的试验球（14）的圆周面分别设有高精度角度传感器（15）置于预留通缝（18）内；高精度角度传感器（15）通过导线（9）分别与信号转换器（10）相连；高精度角度传感器（15）上还设有激光发射器（19）；

其特征在于：测量步骤下：

（1）、在限位铁柱（11）内放置试验球（14），并将限位铁柱（11）通过导轨（12）移动至锤头（5）下方，微调将锤头（5）与试验球（14）的轴向保持一致；

（2）、调整试验球（14）上的激光发射器（19）瞄准固定杆上的对准器（22）进行基点校准；将设此时测点所在的位置为A；

（3）、启动电磁加载装置对试验球（14）施加冲击荷载，此时测点移至A'，设半径为OA，OA''，A的法向位移为AB，则可通过高速摄影机（3）测出球体颗粒体系受冲击前后的水平位移；计算公式为:

式中：AD和A'D'分别表示冲击前后测点与固定杆之间的水平距离；

（4）通过高精度角度传感器（15）获得的数值传输至信号转换器（10），通过高精度角位移显示器（8）显示出球体颗粒体系受冲击前后的转角α；

（5）设定球体的半径为R，在三角形AOA''中，定义与为测点位移，

为球体实际位移，为球体理想位移或刚体位移；根据步骤（4）得到的转角α，由下式得到理想斜位移，

；

在球体发生小变形情况下，则认定测点斜位移,根据勾股定理，通过下式得到法向位移

；

（6）根据测点A的位置求出经过测点A的法向弦长AE，通过下式得到测点A的法向应变：

式中AB为A的法向位移，AE为经过测点的法向弦长，ξ_y为A点的法向应变。

2.根据权利要求1所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变的测量方法，其特征在于：所述的支撑板上端面设有相互交叉的导轨（12）；导轨（12）为内嵌式，限位铁柱（11）底部的中心处设有滑块（17）；滑块（17）嵌入导轨（12）内，限位铁柱（11）通过滑块（17）沿导轨（12）延伸方向滑动。

3.根据权利要求2所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变的测量方法，其特征在于：所述的支撑板外侧设有辅助架（1）；辅助架（1）垂直于支撑板的边缘安装固定杆（7）；辅助架（1）的顶端设有吊架（27），电磁加载装置悬吊于吊架上；所述的固定杆（7）上设有若干个可上下移动的对准器（22）。

4.根据权利要求1所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变的测量方法，其特征在于：所述的电磁加载装置包括滑杆（2），复位弹簧（23），线圈（24），铁芯（25），塑料外壳（26），脉冲电源（4），锤头（5）；所述的塑料外壳（26）的顶端固定滑杆（2），塑料外壳（26）的顶部内壁固定铁块，铁块下方设有铁芯（25），铁芯（25）与铁块之间通过复位弹簧（23）相连；铁芯（25）上设有导线（9）；导线（9）与脉冲电源（4）相连；铁芯（25）的底端与锤头（5）相连；锤头（5）的底端设有橡胶垫（6）。

5.根据权利要求1所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变的测量方法，其特征在于：所述的激光发射器（19）与对准器（22）保持水平一致。

6.根据权利要求3所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变的测量方法，其特征在于：所述的辅助架（1）上设有高速摄影机（3），高速摄影机（3）通过勾形夹具（21）挂置在辅助架（1）上，通过螺纹钉（20）固定。