一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法，該方法由模型箱制作、涂脫模劑、制作板狀模型、切割顆粒模型、模型填充粘結(jié)、加載和圖像拍攝處理步驟組成。其特征在于模型箱由鋼板、耐高溫橡膠、鋼化玻璃和螺絲釘組成；顆粒模型由臺(tái)鉆和中空鉆頭制作而成；模型填充粘結(jié)材料根據(jù)相似原理選擇；面光源實(shí)現(xiàn)光源顏色自動(dòng)和手動(dòng)快速變換；后處理軟件可自動(dòng)篩選不同顏色光源下得出的應(yīng)力云圖，并自動(dòng)處理得出應(yīng)力級(jí)數(shù)變化曲線。主要優(yōu)點(diǎn)是基于光學(xué)和模型相似原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；可得非均勻介質(zhì)模型的應(yīng)力分布和演化情況；注模和加載裝置使用同一套設(shè)備，節(jié)省材料，降低造價(jià)，減少誤差；光源快速切換，可以同時(shí)得出不同光源下的應(yīng)力云圖。
【專利說明】一種非均勾介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種非均勻介質(zhì)光彈性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試新方法。
技術(shù)背景
[0002]光彈性試驗(yàn)是利用光的波動(dòng)性(偏振、雙折射、干涉、衍射等)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，屬于力學(xué)的傳統(tǒng)試驗(yàn)。某些高分子材料(環(huán)氧樹脂、聚碳酸脂等)具有暫時(shí)雙折射效應(yīng)，制成與實(shí)物形狀和尺寸幾何相似的模型，并且給模型施加與實(shí)物相似的載荷，在特定的偏振光場(chǎng)中觀察，模型中出現(xiàn)與應(yīng)力有關(guān)的干涉條紋。依照光彈性原理，可以算出模型內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力大小和方向，實(shí)物的應(yīng)力可依據(jù)相似理論換算得到。
[0003]由于光彈性方法具有直觀性，可以直觀測(cè)量應(yīng)力的大小和方向、顯示全場(chǎng)應(yīng)力分布，對(duì)應(yīng)力進(jìn)行全場(chǎng)分析。特別對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中問題具有良好的效果。
[0004]然而由于制模和加載裝置的限制，其應(yīng)用往往局限于單一整體試件或均勻介質(zhì)的應(yīng)力分析。而對(duì)于非均勻介質(zhì)力鏈的分布演化分析未有涉及。開發(fā)一種適合非均勻物質(zhì)力鏈分析的新方法，可以測(cè)量非均勻介質(zhì)模型的應(yīng)力分布和分析其力鏈的演化規(guī)律，可以有效填補(bǔ)光彈性試驗(yàn)方法在本方面應(yīng)用的空白，使光彈試驗(yàn)在非均勻介質(zhì)力學(xué)分析上進(jìn)行推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法，解決進(jìn)行非均勻物質(zhì)室內(nèi)光彈性試驗(yàn)需要的新方法。
[0006]為達(dá)到本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0008]1.模型箱制作。模型箱由開孔L型不銹鋼板F3、開孔橡膠片F(xiàn)2、開孔鋼化玻璃Fl和螺釘F4組成。開孔尺寸和間距一一對(duì)應(yīng)。然后拼裝而成。
[0009]2.涂脫模劑。
[0010]3.制作板狀模型。
[0011](I)將已混合的環(huán)氧樹脂和固化劑在一定溫度下混合攪拌，并放置一定時(shí)間。
[0012](3)使用底澆法將環(huán)氧樹脂混合物澆鑄進(jìn)模型箱。
[0013](4)模型固化。把注滿環(huán)氧樹脂模具垂直放進(jìn)恒溫箱內(nèi)進(jìn)行第一次固化。待模型完全膠凝后脫模，并把模型放進(jìn)甘油中進(jìn)行第二次固化，甘油完全浸沒模型。
[0014]4.把板狀模型切割成圓餅狀顆粒模型。
[0015]將第二次固化完成后的板狀試件用臺(tái)鉆和不同內(nèi)徑的玻璃鉆頭加工成不同直徑的圓餅狀模型D3若干個(gè)。機(jī)械加工時(shí)，注意注水降溫，溫度控制在100°C以內(nèi)。吃刀量要小，轉(zhuǎn)速要盡量高。另外最好模型上套一木質(zhì)或膠皮外套，安裝在固定裝置上，以防把模型損壞或產(chǎn)生過大的初應(yīng)力。[0016]加工后，把試件放到光彈儀上觀察，對(duì)初應(yīng)力大的試件要進(jìn)行退火處理。
[0017]5.填充、粘結(jié)
[0018]根據(jù)模型幾何相似比例，把制作的圓餅狀模型平鋪在玻璃板上，根據(jù)模型彈性模量相似原理，選用合適彈性模量的玻璃膠、硅膠等粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)，將模型形成統(tǒng)一整體。
[0019]6.加載
[0020]加載裝置由加載架E1、模型框E5、百分表E3組成。其中，模型框和注?？?yàn)橥粋€(gè)玻璃框架。倒?jié)M甘油，以平衡自重和起到潤(rùn)滑作用，降低模型與加載框架的摩擦。
[0021]7.照射、拍攝、圖像處理
[0022]圖像裝置由現(xiàn)行已有的409-11型光彈儀改裝而成。包括:面光源B2、起偏鏡D1、兩塊I / 4玻片D2和D4、檢偏鏡D5、攝像頭C2與圖像處理裝置C3組成。其中，面光源由計(jì)算機(jī)液晶顯示器提供，分白色、綠色、紅色、藍(lán)色四種顏色。顏色選擇通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)由白色光源自動(dòng)切換和手動(dòng)切換兩種模式。當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，顯示器的顏色自動(dòng)在白色和綠色之間定時(shí)切換，以方便拍攝不同時(shí)刻模型在白色光源和單色光源下的應(yīng)力云圖；當(dāng)點(diǎn)選鼠標(biāo)時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕依次顯示白色、綠色、藍(lán)色、紅色和黑色(關(guān)閉)五種顏色。
[0023]拍攝由攝像頭C2實(shí)施。拍攝圖像直接存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，導(dǎo)入編制的計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)篩選不同顏色光源下得出的應(yīng)力云圖，并自動(dòng)處理得出應(yīng)力級(jí)數(shù)變化曲線。
[0024]實(shí)施案例
[0025]一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0026]1.模型箱制作。模型箱由開孔L型不銹鋼板F3、開孔橡膠片F(xiàn)2、開孔鋼化玻璃Fl和螺釘F4組成。開孔尺寸和間距一一對(duì)應(yīng)。然后拼裝。
[0027]2.涂脫模劑
[0028]脫模劑由擠出級(jí)聚苯乙烯和甲苯混合并靜置72小時(shí)后過濾得出。用浸泡法將整個(gè)模型泡到脫模劑中。然后拿出通風(fēng)晾干。
[0029]3.制作板狀模型。
[0030](I)將環(huán)氧樹脂倒在一個(gè)大燒杯中，然后連同燒杯放進(jìn)100°C的水浴鍋中煮沸一小時(shí)，并不斷攪拌，以揮發(fā)雜質(zhì)和沉淀渣子。
[0031](2)把固化劑也倒在一個(gè)燒杯中，在大約80°C的水浴鍋中充分熔化。
[0032](3)把環(huán)氧樹脂和固化劑放于60°C的烘箱中保溫，且用玻璃片把杯口蓋住，防止烘箱中的雜質(zhì)掉進(jìn)去，溫度一定要控制在60°C左右。把固化劑倒入環(huán)氧樹脂中。邊倒邊沿一定方向均勻緩慢攪拌，溫度嚴(yán)格控制在50-60°C之間。約攪拌20分鐘后，連同模具一塊放進(jìn)恒溫在52°C烘箱中靜放，待沒有氣泡時(shí)，利用底澆法進(jìn)行澆鑄。
[0033](4)模型固化。把注滿環(huán)氧樹脂模具垂直放進(jìn)恒溫箱內(nèi)以52°C進(jìn)行第一次固化48-72小時(shí)。待模型完全膠凝后脫模，并把模型放進(jìn)甘油中進(jìn)行第二次固化，甘油完全浸沒模型。
[0034]4.把板狀模型切割成圓餅狀顆粒模型
[0035]將第二次固化完成后的板狀試件用臺(tái)鉆和內(nèi)徑分別為6mm，8mm和IOmm的玻璃鉆頭加工成6mm, 8mm, IOmm的圓餅狀共400個(gè)。機(jī)械加工時(shí),注意注水降溫,吃刀量要小，轉(zhuǎn)速要盡量高。另外最好模型上套一木質(zhì)或膠皮外套，安裝在固定裝置上，以防把模型損壞或產(chǎn)生過大的初應(yīng)力。[0036]加工后，把試件放到光彈儀上觀察，對(duì)初應(yīng)力大的試件要進(jìn)行退火處理，退火曲線如圖2所示。
[0037]5.填充、粘結(jié)
[0038]根據(jù)模型幾何相似比例，把制作的圓餅狀模型平鋪在玻璃板上，根據(jù)模型彈性模量相似原理，選用合適彈性模量的玻璃膠、硅膠等粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)，將模型形成統(tǒng)一整體。
[0039]6.加載
[0040]加載裝置由加載架E1、模型框E5、百分表E3組成。其中，模型框和注?？?yàn)橥粋€(gè)玻璃框架。倒?jié)M甘油，以平衡自重和起到潤(rùn)滑作用，降低模型與加載框架的摩擦。
[0041]7.照射、拍攝、圖像處理
[0042]圖像裝置由現(xiàn)行已有的409-11型光彈儀改裝而成。包括:面光源B2、起偏鏡D1、兩塊I / 4玻片D2和D4、檢偏鏡D5、攝像頭C2與圖像處理裝置C3組成。其中，面光源由計(jì)算機(jī)液晶顯示器提供，分白色、綠色、紅色、藍(lán)色四種顏色。顏色選擇通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)由白色光源自動(dòng)切換和手動(dòng)切換兩種模式。當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，顯示器的顏色自動(dòng)在白色和綠色之間定時(shí)切換，以方便拍攝不同時(shí)刻模型在白色光源和單色光源下的應(yīng)力云圖；當(dāng)點(diǎn)選鼠標(biāo)時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕依次顯示白色、綠色、藍(lán)色、紅色和黑色(關(guān)閉)五種顏色。
[0043]拍攝由攝像頭C2實(shí)施。拍攝圖像直接存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，導(dǎo)入編制的計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)篩選不同顏色光源下得出的應(yīng)力云圖，并自動(dòng)處理得出應(yīng)力級(jí)數(shù)變化曲線。
[0044]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0045]1.本發(fā)明基于光學(xué)和模型相似原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
[0046]2.試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便，便于推廣應(yīng)用。
[0047]3.本發(fā)明可以得出非均勻介質(zhì)模型的應(yīng)力分布和演化情況，便于分析。
[0048]4.本發(fā)明注模和加載裝置使用同一套設(shè)備，節(jié)省材料，降低造價(jià)，而且減少了不同設(shè)備尺寸誤差導(dǎo)致的尺寸差異，摩擦增大等問題。
[0049]5.光源快速切換，可以同時(shí)得出不同光源下的應(yīng)力云圖。
[0050]說明書附圖
[0051]圖1、2、3是本發(fā)明的組成部分示意圖:
[0052]Al——平臺(tái) A2——軌道底板
[0053]A3-導(dǎo)軌
[0054]BI——支座B2——液晶顯示屏
[0055]B3-計(jì)算機(jī)
[0056]Cl——支座C2——攝像頭
[0057]C3——計(jì)算機(jī)
[0058]Dl——起偏鏡D21 / 4玻片
[0059]D3——模型D41 / 4玻片
[0060]D5——檢偏鏡
[0061]El——加載架E2——砝碼
[0062]E3——百分表E4——加載鋼板
[0063]E5-加載框
[0064]Fl——玻璃板 F2——橡膠片[0065] F3-不銹鋼板 F4-螺釘
【權(quán)利要求】
1.一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法，其特征在于由模型箱制作、脫模劑涂抹、板狀模型制作、圓餅狀顆粒模型切割、模型填充粘結(jié)、加載和圖像拍攝處理步驟組成。其特征在于圓餅狀顆粒由臺(tái)鉆和內(nèi)徑為若干毫米的中空鉆頭，在嚴(yán)格控制鉆進(jìn)溫度情況下制作而成。模型填充粘結(jié)材料根據(jù)非均勻介質(zhì)的原型和相似原理選擇。
2.一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法，其特征在于面光源由開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)光源顏色的自動(dòng)和手動(dòng)模式兼具的快速變換。
3.一種非均勻介質(zhì)光彈試驗(yàn)新方法，其特征在于后處理軟件可自動(dòng)篩選不同顏色光源下得出的應(yīng)力云圖，并自動(dòng)處理得出應(yīng)力級(jí)數(shù)變化曲線。
【文檔編號(hào)】G01L1/24GK103698062SQ201310505169
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】周翠英, 李偉科, 李拔通 申請(qǐng)人:中山大學(xué)