[实用新型]基于正四面体角应变的三维应变状态测试装置

说明书

本实用新型提供了一种基于正四面体角应变的三维应变状态测试装置，该装置包括正四面体基座，6个角度测量器，测试导线。正四面体的6条棱分别装有角度测量器，角度测量器与测试导线连接，组成三维应变状态测试装置。通过角度测量器测量出的角度变化值计算出对应的三维应变状态。本实用新型有益效果是：提供一种新的三维应变状态测试手段，改变了以往只能测试一维应变和平面应变，不能测试三维应变的局限，测试精度提高0.5ρ～0.7ρ，丰富了常规应变状态的计算手段，且对于相关领域而讲具有一定的创新性及实际意义。

技术领域

本实用新型属于土体应变状态计算及土体变形测试领域，该测试方法可通过两个平面的二面角变量可推算出常规三维应变状态，该理论及测试方法可用于土体变形的测试与研究。

技术背景

应变是应力的反应，其大小与应力密切相关，认识和测试材料的应变是进行强度、变形和本构关系研究的基础。与应力的测试不同，应变的测量从理论基础到技术手段都更为困难和有限。特别是在三维条件下，通过测试获得完整的应变状态是非常困难的。

剪应变又被称为剪切应变、角应变、切应变等。常规测试中，剪应变难以测量，但是在连续介质力学中，剪应变被定义为直角二面角以弧度表示的改变量，即两个相互垂直的面在受力变形后以弧度表示的夹角改变量。相对于直角二面角表示，非直角二面角表示剪应变更具有一般性。且二面角剪应变与常规应变具有定量联系，这为计算常规三维应变状态奠定理论基础，以及实现剪应变测试的可能。

目前的常规三维应变状态测试方法还很少，理论基础及技术手段尚还欠缺。且受测试手段等因素影响，也会出现测试精度不高的现象。专利201621144337.0及专利201610917550.9提供了一种测试土体三维应变的装置及测试方法，专利201710191411.7提出一种土体单向应变测试装置及其测试方法。不同于上述专利的理论基础及测试方法，本专利提出利用广义角应变计算常规三维应变状态的方法，其理论基础及测试方法均具有可行性及创新性。该计算理论及测试方法应用范围广泛，且理论测试误差小，对提高常规三维应变状态测试可能性及测试精度均具用重要意义。

发明内容

本实用新型目的是提供一种基于正四面体角应变的三维应变状态测试装置及测试方法，使通过广义角应变计算常规三维应变成为可能，拓宽了计算应变状态的手段。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：提出一种一种基于正四面体角应变的三维应变状态测试装置。其中该装置包括正四面体基座、角度测量器、测量导线、安装导线孔、总导线孔。将角度测量器固定在正四面体基座的6条棱，6个角度测量器的6根测量导线通过安装导线孔，从正四面体基座的总导线孔导出后与采集系统相连接，形成三维应变状态测试装置。利用数据采集系统测试六个角度测量器的读数，根据六个角度测量器的读数与常规应变之间的数学关系式，进而计算得到土体中任意一点的三维应变状态。

同时提供一种基于正四面体角应变的三维应变状态测试装置的测试方法。

本实用新型的效果是该装置采用正四面体底座，正四面体的制作方法便捷，是由正方体直接截取获得，而且正四面体具有良好的空间对称性，四个面均可以作为放置底面，具有放置便利性。正四面体基座的六个二面角均相等，这样的布置形式有利于减少测试误差，提高测试精度。另外该方法计算原理明确，计算精度较高。本实用新型提供一种新的三维应变状态测试手段，改变了以往只能测试表面应变且测试位置不准确的局限，测试精度提高0.5ρ～0.7ρ，更加准确、直观的被测物体内部的变形状态，且该装置可以重复使用，复合绿色环保理念，并且提高工程施工的安全储备，为应变测试技术领域相关研究提供了新的思路和途径。本实用新型提供一种新的三维应变状态测试方法，其有益效果是，构建了广义角应变与常规三维应变状态之间的联系，拓宽了三维应变状态计算理论，丰富了常规应变状态的计算手段，为土工应力应变测试及本构关系研究开辟新途径，奠定新理论。

附图说明

图1为本实用新型二面角的向量分解；