一种颗粒介质接触力链网络试验装置的制作方法

1.本发明涉及岩土力学和颗粒物质力学研究技术领域，具体地讲是一种颗粒介质接触力链网络试验装置；适用于通过试验监测在荷载作用下分析颗粒材质、空间位置排列、颗粒级配、颗粒形状、颗粒体积份额等因素对颗粒接触力链网络的影响，以此来研究颗粒体系的力链网络结构。


背景技术：

2.颗粒物质，如砂卵石土体颗粒通常以密集排布为主，在外荷载作用下，毗邻颗粒间接触形成呈准直线性的链状结构，称为力链，传递颗粒体系的重量及外荷载，若干力链相互交接构成网络贯穿于颗粒体系内，颗粒材料内部形成的力链网络结构对材料的整体变形及其宏观特性会产生显著影响，众多学者认为从颗粒尺度重新认识岩土材料是岩土力学研究领域变革及继续发展的关键。因此，将土体视为离散型介质，以此来关注土体的颗粒性和结构性特征。
3.目前，对于颗粒之间接触力的测量方法大致分为两类方法：1）接触式检测方法；2）非接触式检测方法；对于这两种方法，存在只能检测颗粒体系中某一截面上的接触力分布情况，观察视场有限，成像过程中需要的时间较长，无法做到实时、动态观测体系的力链演变等问题；这些测量方法在精确度和灵敏性等方面对结果准确性也会产生影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述已有技术存在的不足，而提供一种颗粒介质接触力链网络试验装置。
5.本发明提供的技术方案是：一种颗粒介质接触力链网络试验装置，其特殊之处在于，该装置由试验箱、调节装置、加载装置、接触力检测系统组成；所述的试验箱由放置槽、底座、传动轴和支座组成；所述的底座上设放置槽，所述的放置槽上面敞口，左、右、后面为一整体，与前面铆接，放置槽内盛放并固定需要测量接触力的颗粒材料；所述的底座的左右两侧面分别设传动轴，所述的支座通过轴承连接传动轴，支撑并调节试验箱的角度；所述的调节装置由反力基座和丝杠组成；所述的反力基座上设丝杠；所述的丝杠的前端与放置槽的后侧面连接，通过伸缩来支撑并调节试验箱的角度；所述的加载装置由压力加载板、传力杆和压力板组成；所述的压力加载板上端与实验室压力机连接，下端通过传力杆与压力板连接；所述的压力板位于放置槽正上方，压力板与放置槽上端敞口长宽一致，通过放置槽上端敞口上下移动；所述的接触力检测系统包括薄膜压力传感器和数据采集系统；所述的薄膜压力传感器粘贴在毗邻颗粒材料接触中心点上，薄膜压力传感器的导线通过放置槽的后侧面出线孔伸出，与数据采集系统连接。
6.优选地，所述的支座上标有含有角度的刻度尺。
7.优选地，所述的薄膜压力传感器为圆形单点薄膜压力传感器。
8.优选地，所述的后侧面出线孔的直径小于颗粒材料的粒径。
9.本发明的有益效果：1、通过试验监测在荷载作用下的颗粒材料接触力数据，能够准确地描述形成的力链网络结构及其演变过程；2、试验装置结构简单、易于操作，能够通过颗粒材料放置于无色透明有机玻璃槽中，并改变颗粒材质、空间位置排列、颗粒级配、颗粒形状、颗粒体积份额等因素，可以直观地观察到试验现象，研究其对力链网络结构的影响；3、薄膜压力传感器具有高灵敏度、柔软耐弯曲、高分辨率等特点，可应用于狭小空间内的触力、压力测试，能够使测量结果更加精确可靠；4、试验装置可以用于室内试验的开展，为岩土工程的基础理论研究方法和途径提供借鉴与参考。
附图说明
10.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的侧视图；图3是本发明的放置槽后侧面示意图；图4是本发明的支座示意图；图5是本发明的薄膜压力传感器示意图；图6是本发明的薄膜压力传感器作用毗邻颗粒间位置示意图。
11.图中：1放置槽，2底座，3传动轴，4支座，5反力基座，6丝杠，7压力加载板，8传力杆，9压力板，10薄膜压力传感器，11后侧面出线孔，12刻度尺。
具体实施方式
12.为了更好地理解与实施，下面结合附图详细说明本发明。
13.如图1、2、3、4、5、6所示，一种颗粒介质接触力链网络试验装置，由试验箱、调节装置、加载装置、接触力检测系统组成；试验箱由放置槽1、底座2、传动轴3和支座4组成；放置槽1由具有一定厚度的无色透明有机玻璃制成，上面敞口，左、右、后面为一整体，与前面铆接，用于盛放并固定需要测量接触力的颗粒材料；将底座2与放置槽1底部固定连接，传动轴3固定连接在底座2的左右两侧面，支座4上标有含有角度的刻度尺12，与传动轴3通过轴承连接，用于支撑并调节试验箱的角度；调节装置由反力基座5和丝杠6组成；在反力基座5上安装丝杠6，将丝杠6的前端与放置槽1的后侧面连接，通过伸缩来支撑并调节试验箱的角度；加载装置由压力加载板7、传力杆8和压力板9组成；将压力加载板7上端与实验室压力机连接，下端通过传力杆8与压力板9连接；压力板9位于放置槽1正上方，压力板9与放置槽1上端敞口长宽一致，通过放置槽1上端敞口上下移动；接触力检测系统包括薄膜压力传感器10和数据采集系统；薄膜压力传感器10为圆形单点薄膜压力传感器，粘贴在毗邻颗粒材料接触中心点上，薄膜压力传感器10的导线通
过放置槽1的后侧面出线孔11伸出，与数据采集系统连接，后侧面出线孔11的直径小于颗粒材料的粒径。
14.本发明的一种颗粒介质接触力链网络试验装置的试验方法，对在试验箱中的颗粒材料进行荷载作用，通过薄膜压力传感器和数据采集系统，监测颗粒之间在静—动荷载下构成的力链网络结构演变过程，分析颗粒材质、空间位置排列、颗粒级配、颗粒形状、颗粒体积份额等因素对颗粒接触力链网络的影响，以此来研究颗粒体系的力链网络结构，具体包括以下步骤：1）收缩丝杠，使试验箱调整到适合放置颗粒材料的角度；2）将薄膜压力传感器贴于试验所需研究的颗粒材料接触中心点处，颗粒材料之间紧密接触且均匀分布在放置槽中；3）将薄膜压力传感器的导线从放置槽后侧面出线孔中导出，与数据采集系统连接；4）将放置槽前侧面板铆接固定好后，调节丝杠，根据支座刻度尺上的角度，将试验箱调节到垂直方向；5）对连接好的数据采集系统进行调试校正；6）待系统稳定好，根据实验要求的压力，利用实验室压力机对加载装置以稳定的预设压力值进行施加荷载；7）待达到荷载预设值，保持恒定后，记录采集器的数据，进行整理分析。
15.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护额度技术方案范围当中。


技术特征：
1.一种颗粒介质接触力链网络试验装置，其特征在于，该装置由试验箱、调节装置、加载装置、接触力检测系统组成；所述的试验箱由放置槽（1）、底座（2）、传动轴（3）和支座（4）组成；所述的底座（2）上设放置槽（1），所述的放置槽（1）上面敞口，左、右、后面为一整体，与前面铆接，放置槽（1）内盛放并固定需要测量接触力的颗粒材料；所述的底座（2）的左右两侧面分别设传动轴（3），所述的支座（4）通过轴承连接传动轴（3），支撑并调节试验箱的角度；所述的调节装置由反力基座（5）和丝杠（6）组成；所述的反力基座（5）上设丝杠（6）；所述的丝杠（6）的前端与放置槽（1）的后侧面连接，通过伸缩来支撑并调节试验箱的角度；所述的加载装置由压力加载板（7）、传力杆（8）和压力板（9）组成；所述的压力加载板（7）上端与实验室压力机连接，下端通过传力杆（8）与压力板（9）连接；所述的压力板（9）位于放置槽（1）正上方，压力板（9）与放置槽（1）上端敞口长宽一致，通过放置槽（1）上端敞口上下移动；所述的接触力检测系统包括薄膜压力传感器（10）和数据采集系统；所述的薄膜压力传感器（10）粘贴在毗邻颗粒材料接触中心点上，薄膜压力传感器（10）的导线通过放置槽（1）的后侧面出线孔（11）伸出，与数据采集系统连接。2.根据权利要求1所述的一种颗粒介质接触力链网络试验装置，其特征在于，所述的支座（4）上标有含有角度的刻度尺（12）。3.根据权利要求1所述的一种颗粒介质接触力链网络试验装置，其特征在于，所述的薄膜压力传感器（10）为圆形单点薄膜压力传感器。4.根据权利要求1所述的一种颗粒介质接触力链网络试验装置，其特征在于，所述的后侧面出线孔（11）的直径小于颗粒材料的粒径。

技术总结
本发明公开了一种颗粒介质接触力链网络试验装置，其特点是，该装置由试验箱、加载装置、调节装置、接触力检测系统组成；对在试验箱中的颗粒材料进行荷载作用，通过薄膜压力传感器和数据采集系统，监测颗粒之间在静—动荷载下构成的力链网络结构演变过程，分析颗粒材质、空间位置排列、颗粒级配、颗粒形状、颗粒体积份额等因素对颗粒接触力链网络的影响，以此来研究颗粒体系的力链网络结构。来研究颗粒体系的力链网络结构。来研究颗粒体系的力链网络结构。


技术研发人员：宋克志 苏逢彬 张家铭 刘浩 高宏博 王开霖
受保护的技术使用者：济南轨道交通集团有限公司
技术研发日：2022.05.30
技术公布日：2022/9/2