專利名稱：一種圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法，尤其是涉及一種圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
為了提高某些材料的綜合力學(xué)性能，通常在其外圍添加一種圍壓裝置，該技術(shù)在工程中應(yīng)用極其廣泛。例如，在混凝土材料外圍添加圍壓裝置后，混凝土材料(工程上稱為圍壓混凝土)的綜合力學(xué)性能將得到顯著提高。圍壓裝置材料可以是金屬，合金以及高分子復(fù)合材料。材料在受到軸向壓縮時(shí)，圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布規(guī)律，對(duì)于圍壓材料的模型建立以及工程應(yīng)用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。目前還沒(méi)有文獻(xiàn)披露涉及圍壓裝置內(nèi)材料在受到軸向壓縮時(shí)，該圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種圍壓裝置內(nèi)材料受到軸向壓縮的情況下，圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為I)在圍壓裝置外表面任取兩處對(duì)稱部位，先用粗砂布、再用細(xì)砂布，沿軸向打磨出寬度為Icm至2cm的光潔帶狀區(qū)域；
2)根據(jù)圍壓裝置的軸向長(zhǎng)度確定所需電阻應(yīng)變片的個(gè)數(shù)，在其中一條光潔帶狀區(qū)域沿軸向依次粘貼軸向電阻應(yīng)變片，相鄰兩個(gè)電阻應(yīng)變片之間間隔一定的距離，并且記錄每個(gè)電阻應(yīng)變片中心處到圍壓裝置頂端的距離，該距離依次記為
Λ ^2 * · · · · · ;
3)在另外一條光潔帶狀區(qū)域內(nèi)，與每個(gè)軸向電阻應(yīng)變片中心位置相對(duì)應(yīng)的地方粘貼環(huán)向電阻應(yīng)變片，環(huán)向電阻應(yīng)變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離與軸向電阻應(yīng)變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離相等；
4)將每個(gè)電阻應(yīng)變片用導(dǎo)線與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接，在圍壓裝置內(nèi)材料受到軸向壓縮時(shí)，記錄靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上各個(gè)電阻應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，軸向電阻應(yīng)變片讀數(shù)記為4、A2
......”環(huán)向電阻應(yīng)變片讀數(shù)記為％、A2......^ ;
5)將軸向電阻應(yīng)變片讀數(shù) 和環(huán)向電阻應(yīng)變片度數(shù)~代入正應(yīng)力公式
^ =5為圍壓裝置材料的楊氏模量，y為圍壓裝置材料的泊松比，
二者均為已知常數(shù)，這里《 =〗>2,3......，即得到距離圍壓裝置頂端距離為力、巧
......處的正應(yīng)力值Ok、σ 2......X.；
6)以正應(yīng)力值σζ1、σ,2......%為縱坐標(biāo)，以到距離圍壓裝置頂端距離&......^為相應(yīng)的橫坐標(biāo)，用MATLAB數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到& =/(z)函數(shù)的
三次B樣條光滑曲線；
7)用MATLAB數(shù)學(xué)軟件求出此函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)函數(shù)，即得到#，代入到圍壓裝置內(nèi)壁
OZ
摩擦力該公式中^為圍壓裝置內(nèi)徑，'為圍壓裝置厚度，二者
D ζDI
均為已知常數(shù)，便可得到該圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的函數(shù)圖形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的特點(diǎn)如下儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，本發(fā)明的主要儀器設(shè)備為靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和電阻應(yīng)變片，二者均為工程科研中所常見(jiàn)儀器設(shè)備；數(shù)·據(jù)采集與處理方法簡(jiǎn)單，可以用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀同時(shí)采集各個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，根據(jù)各個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次B樣條曲線擬合，可以通過(guò)MATLAB數(shù)學(xué)軟件輕松實(shí)現(xiàn)；最終得出的摩擦力分布公式，由彈性力學(xué)分析得出，形式簡(jiǎn)潔，方法可靠。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量?jī)x器常見(jiàn)，操作簡(jiǎn)單方便，能夠測(cè)量不同直徑的圍壓裝置，測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確并且不會(huì)對(duì)圍壓裝置造成損害，故具有廣泛的實(shí)際工程應(yīng)用性。


圖I為圍壓裝置上電阻應(yīng)變片粘貼示意 圖2為實(shí)施例中的三次B樣條曲線和三次B樣條曲線的一階導(dǎo)數(shù)曲線；
圖3為實(shí)施例中的圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布函數(shù)圖形。圖4為柱坐標(biāo)系的建立；
圖5為聞度為dz的圓環(huán)受:力不意 圖6為高度為dz的圓環(huán)上微小的平行六面體受力示意具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法，其特征在于包括如下具體步驟
1)在圍壓裝置外表面任取兩處對(duì)稱部位，先用粗砂布、再用細(xì)砂布，沿軸向打磨出寬度為Icm至2cm的光潔帶狀區(qū)域；
2)根據(jù)圍壓裝置的軸向長(zhǎng)度確定所需電阻應(yīng)變片的個(gè)數(shù)，在其中一條光潔帶狀區(qū)域沿軸向依次粘貼軸向電阻應(yīng)變片，相鄰兩個(gè)電阻應(yīng)變片之間間隔一定的距離，并且記錄每個(gè)電阻應(yīng)變片中心處到圍壓裝置頂端的距離，該距離依次記為O. 05m、0. 09m、0. 13m、0. 17m和0. 21m ；
3)在另外一條光潔帶狀區(qū)域內(nèi)，與每個(gè)軸向電阻應(yīng)變片中心位置相對(duì)應(yīng)的地方粘貼環(huán)向電阻應(yīng)變片，環(huán)向電阻應(yīng)變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離與軸向電阻應(yīng)變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離相等；
4)將每個(gè)電阻應(yīng)變片用導(dǎo)線與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接，在圍壓裝置內(nèi)材料受到軸向壓縮時(shí)，記錄靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上各個(gè)電阻應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，軸向電阻應(yīng)變片讀數(shù)記為-9 XlO^、-13 XlO^、-18 xlO^、-14 ><10^ 和-16 xlC)4，環(huán)向電阻應(yīng)變片讀數(shù)記為54 XlO-4 >73 XlCT4、97 xlO^ >83 xlO^5 和 93 xlO^ ；
5)將軸向電阻應(yīng)變片讀數(shù)4和環(huán)向電阻應(yīng)變片度數(shù)^■代入正應(yīng)力公式
g
^zx=-~2^+ ) , ^為圍壓裝置材料的楊氏模量，為圍壓裝置材料的泊松比，二
ι-pBy
者均為已知常數(shù)，這里M = U3......，即得到距離圍壓裝置頂端距離為O. 05m、0. 09m、
O. 13m、0. 17m 和 O. 21m 處的正應(yīng)力值 O. 96 MPa、I. 12 MPa、I. 33 MPa、I. 44 MPa 和 I. 57MPa ；6)以正應(yīng)力值0.96 MPa、I. 12 MPa、I. 33 MPa、I. 44 MPa 和 I. 57 MPa 為縱坐標(biāo)，以到距離圍壓裝置頂端距離O. 05m、0. 09m、0. 13m、0. 17m和0. 21m為相應(yīng)的橫坐標(biāo)，用MATLAB數(shù)
學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到％ =ΛΑ函數(shù)的三次B樣條光滑曲線；圖2中所示；
7)用MATLAB數(shù)學(xué)軟件求出此函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)函數(shù)，即得到$，代入到圍壓裝置內(nèi)
QZ
壁摩擦力公式=,該公式中圍壓裝置內(nèi)徑^ =IOOmm,圍壓裝置厚度f(wàn)
=5_，便可得到該圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的函數(shù)圖形。
下面說(shuō)明摩擦力公式以及正應(yīng)力公式的推導(dǎo)過(guò)程
上述計(jì)算摩擦力公式以及正應(yīng)力公式是以《彈性力學(xué)》、《材料力學(xué)》材料為基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)下列推導(dǎo)得到
已知圍壓裝置內(nèi)徑為D，厚度力r以圍壓裝置軸向豎直向下為正方向建立坐標(biāo)系如圖4所示,任取一個(gè)高度為dz的圓環(huán),對(duì)該部分圓環(huán)進(jìn)行受力分析,受力示意圖如圖5所示，可以得到
( + dor+= O ( I )
(I)式中，Λ :π(β +t)i , 4) =7lDdz由(I)式可得
P . = _ (jP + ^ ^(2)
在高度為dz的圓環(huán)上取一個(gè)微小的平行六面體進(jìn)行受力分析，受力示意圖如圖6所示，因?yàn)镻 σ,、Ρ σΣ ,所以可取j = O。由廣義胡克定律可以得到I ,,
^ = ⑶
^ =(4)
由(3)、(4)式聯(lián)立可以得到
~2 ( + )( 5 )
i _ V
權(quán)利要求
1.一種圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法，其特征在于包括如下具體步驟 .1)在圍壓裝置外表面任取兩處對(duì)稱部位，先用粗砂布、再用細(xì)砂布，沿軸向打磨出寬度為1cm至2cm的光潔帶狀區(qū)域； .2)根據(jù)圍壓裝置的軸向長(zhǎng)度確定所需電阻應(yīng)變片的個(gè)數(shù)，在其中一條光潔帶狀區(qū)域沿軸向依次粘貼軸向電阻應(yīng)變片，相鄰兩個(gè)電阻應(yīng)變片之間間隔一定的距離，并且記錄每個(gè)電阻應(yīng)變片中心處到圍壓裝置頂端的距離，該距離依次記為z1,z2......zn; .3)在另外一條光潔帶狀區(qū)域內(nèi)，與每個(gè)軸向電阻應(yīng)變片中心位置相對(duì)應(yīng)的地方粘貼環(huán)向電阻應(yīng)變片，環(huán)向電阻應(yīng)變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離與軸向電阻應(yīng)變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離相等； .4)將每個(gè)電阻應(yīng)變片用導(dǎo)線與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接，在圍壓裝置內(nèi)材料受到軸向壓縮時(shí)，記錄靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上各個(gè)電阻應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，軸向電阻應(yīng)變片讀數(shù)記為％、......^環(huán)向電阻應(yīng)變片讀數(shù)記為％、Q2......； .5)將軸向電阻應(yīng)變片讀數(shù)■ 和環(huán)向電阻應(yīng)變片度數(shù)&代入正應(yīng)力公式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種圍壓裝置內(nèi)材料受到軸向壓縮的情況下，圍壓裝置內(nèi)壁摩擦力分布的測(cè)量方法，用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀同時(shí)采集各個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，根據(jù)各個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次B樣條曲線擬合，可以通過(guò)MATLAB數(shù)學(xué)軟件輕松實(shí)現(xiàn)；最終得出的摩擦力分布公式，由彈性力學(xué)分析得出，形式簡(jiǎn)潔，方法可靠。
文檔編號(hào)G01L1/22GK102879135SQ20121036911
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者褚洪巖, 陳建康, 歐陽(yáng)韡怡, 施德勝, 吳曉烽 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)