[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

说明书

本发明属于教学和试验辅助设备技术领域，具体涉及一种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。该装置的支撑板上置有用于放置试验球的限位铁柱，试验球上设有高精度角度传感器；高精度角度传感器通过导线引出限位铁柱并与信号转换器相连；信号转换器的信号输出端与高精度角度位移显示器相连；所述的限位铁柱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内试验球施加电磁冲击荷载。本发明能够测出球面上任意一点受电磁冲击时的法向应变，进而得到球形颗粒元的某些动力特性，有助于散体力学和岩土工程领域内的研究；具有良好的加载稳定性和可重复性。

技术领域

本发明属于教学和试验辅助设备技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

离散元法目前是主要的散体颗粒元数值模拟方法，它以岩石等非连续性介质的力学行为为研究对象，把不连续体分离为刚性元素的集合，使各个刚性元素满足运动方程，用时步迭代的方法求解各刚性元素的运动方程，继而求得不连续体的整体运动状态。作为球体颗粒体系重要的运动状态指标之一，法向应变的测量装置相对较少，而该指标的确定又极大依赖于球体测点处的法向位移。中国专利 CN108535147A和CN108535146A分别公开了一种球体颗粒体系法向接触力、法向位移的测量装置以及球间法向接触力的测试方法，但该装置需要使初始测点对准球心，并通过特定的几何关系求出球体颗粒在冲击荷载下的法向位移，由于在冲击过程中球体各点的法向位移不相等，所以用对准球心测点的法向位移来代替整个球体的法向位移并不合理，必须测出球体上其他点的法向位移。另一方面，现有测量装置中的冲击装置大多为落锤或者空气枪，加载稳定性差，并且在加载时需要人工控制，自动化程度低，试验效率也相对低下。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种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。装置可以测出球体颗粒体系在冲击荷载作用下任意点的法向应变，并利用电磁加载装置施加冲击荷载，具有良好的加载稳定性和可重复性。此外，整套装置自动化程度较高，大大提高了试验效率。

本发明通过采用如下技术方案：

本发明所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置，包括支撑板，所述支撑板上置有用于放置试验球的限位铁柱，试验球上设有高精度角度传感器；高精度角度传感器通过导线引出限位铁柱并与信号转换器相连；信号转换器的信号输出端与高精度角位移显示器相连；所述的限位铁柱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内试验球施加电磁冲击荷载。

本发明所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置，所述的支撑板上端面设有相互交叉的导轨；导轨为内嵌式，限位铁柱底部的中心处设有滑块；滑块嵌入导轨内，限位铁柱通过滑块沿导轨延伸方向滑动。

本发明所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置，所述的支撑板外侧设有辅助架；辅助架垂直于支撑板的边缘安装固定杆；辅助架的顶端设有吊架，电磁加载装置悬吊于吊架上；所述的固定杆上设有若干个可上下移动的对准器。

本发明所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置，所述的电磁加载装置包括滑杆，复位弹簧，线圈，铁芯，塑料外壳，脉冲电源，锤头；所述的塑料外壳的顶端固定滑杆，塑料外壳的顶部内壁固定铁块，铁块下方设有铁芯，铁芯与铁块之间通过复位弹簧相连；铁芯上设有导线；导线与脉冲电源相连；铁芯的底端与锤头相连；锤头的底端设有橡胶垫。

本发明所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置，所述的限位铁柱内开设若干个沿轴向延伸的孔柱，孔柱以限位铁柱为圆心沿限位铁柱的圆周边缘排列，孔柱内放置若干个试验球，孔柱轴向外圆周面设有内外相通的预留通缝；若干个所述的试验球的圆周面分别设有高精度角度传感器置于预留通缝内；高精度角度传感器通过导线分别与信号转换器相连；高精度传感器上还设有激光发射器。

本发明所述的电磁冲击下球体颗粒体系任意点法向应变测量装置，所述的激光发射器与对准器保持水平一致。