[发明专利]用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法，试验装置包括有架体、试验箱、数控系统、电脑、智能相机、第一伺服电机和第二伺服电机，其中试验箱设在架体的下部，第一伺服电机通过拉杆被枢接在架体的顶部，其方法为：步骤一、将试验箱放置在实验室内；步骤二、筛选材料；步骤三、装配加载承压板；步骤四、将加载承压板水平放置在试验箱内；步骤五、实时采集力和位移的变化；步骤六、实现加载位置的变化；步骤七、将智能相机架设在玻璃前；步骤八、达到指定值时停止加载；步骤九、获得颗粒的平移和旋转情况。有益效果：能够精准的统计振动荷载作用下颗粒的运动轨迹，即颗粒的平移和旋转情况。

本发明涉及一种用于颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法，特别涉及一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法。

背景技术

目前，高速铁路、高速公路等为主体的高品质快速交通网建设中，对道(铁)路工程的建设提出了更高的要求。作为道(铁)路工程的主体部分，路基的传统压实技术已经不能满足当前道(铁)路交通的发展需要。路基智能压实技术对提高和保证道(铁)路施工质量，提升工程耐久性具有重要作用。

路基压实土体本质上属于粗颗粒材料。颗粒材料是在接触点相互作用颗粒的集合体，每个粒子都可以相对于邻近粒子在接触点滑动或者转动，其粒子的滑动和转动对材料的本构行为有着重要的影响。在经典连续介质力学中，滑动被认为是材料微观变形的主导因素，而相关的试验研究表明颗粒土变形主要是由转动而不是由滑动控制的。产生这种相互矛盾的主要原因是因为颗粒材料是复杂的颗粒无序堆积的系统，对其在不同受力作用下的颗粒滑动和转动等运动学量的测量和统计难以实现。

目前，国内外学者们主要是通过诸如振动、三轴压缩等室内宏观试验来笼统评价颗粒材料整体位移量与荷载或材料本身性质之间的关系。其设计方法主要是经验性的，基于反复试验基础上的。因而出现了无法通过具体的颗粒位移方式来描述材料整体的变形行为这一现象，这也说明了基于现象学经验方法无法从本质上解释颗粒材料的运动规律与其变形量之间的关系。因此，有必要借助一些直观的测量方法，来统计不同外因(荷载大小和振动频率等)或内因(颗粒形状或分布方式等)作用下颗粒的运动规律，进一步研究该规律与颗粒材料物理力学性能之间的关系。

发明内容

本发明的主要目的是为了实时统计不同外因和内因作用下颗粒运动规律，如何实现振动荷载作用下颗粒运动情况可视化效果而提供的一种用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置和方法。

本发明提供的用于振动荷载下颗粒材料运动特性研究的试验装置包括有架体、试验箱、数控系统、电脑、智能相机、第一伺服电机和第二伺服电机，其中试验箱设在架体的下部，第一伺服电机通过拉杆被枢接在架体的顶部，第一伺服电机能够沿架体的顶部进行左右移动，第一伺服电机设在对应试验箱的位置处，第二伺服电机与第一伺服电机相连接并驱使第一伺服电机进行移动，第一伺服电机的底部连接有连接杆，连接杆的底端装配有加载承压板，第一伺服电机通过加载承压板能够对试验箱内的试样进行加载，智能相机对应试验箱内放置试样的部位设置，智能相机与电脑相连，智能相机能够把试验箱内试样的动态变化影像实时传输到电脑内，电脑、第一伺服电机和第二伺服电机均与数控系统相连接，第一伺服电机和第二伺服电机由数控系统控制工作。

试验箱对应智能相机一侧的侧板为透明的钢化玻璃板制成，试验箱的底板和其余三面的侧板由钢板制成。

第二伺服电机通过支撑杆固定在架体的立柱上。

第一伺服电机的底部设有位移传感器，位移传感器与数控系统相连接，位移传感器能够把第一伺服电机的位移数据实时传输到数控系统内，数控系统根据位移传感器的传输数据控制第一伺服电机的工作，第一伺服电机底部的连接杆上装配有力传感器和转向装置，力传感器和转向装置均与数控系统相连接，力传感器能够把采集到的压力数据实时传输给数控系统，数控系统控制转向装置的工作，转向装置的底部装配有施压装置，通过施压装置向加载承压板施压从而使加载承压板向试验箱内的试样进行加载。

施压装置由钢板焊接而成，呈“几”字型。