一种四节点应变花组装置及其使用方法

本发明涉及一种应变场测量装置，尤其是涉及一种四节点应变花组装置及其使用方法。

背景技术：

1、地震、滑坡、岩爆、崩塌和地表沉降等岩体系统重大自然、工程灾害的预测预报是人类远未解决的重大难题，岩石破坏短临预报正是其核心科学问题。岩石失稳破坏前兆信息的研究是岩石临界破坏判据的基础，对于地震、滑坡、地下工程失稳这类岩体工程发生突发性失稳破坏前提供预警尤为重要。

2、岩石失稳破坏过程会伴随着裂隙的萌生和扩展，因此岩石表面的局部应变场在岩石失稳破坏前会发生变化，捕捉岩石表面场在破坏过程中的数据可作为岩石失稳破坏前兆信息，并对岩石失稳破坏时间和破坏位置进行预测。岩石局部应变场监测是一种较为经济实用的岩石破坏短临预报方法，受工程现场、设备使用环境的限制较小，能够在自然、工程灾害的预警工作中发挥重要作用，目前缺乏岩石局部应变场监测方法的配套的监测装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种四节点应变花组装置，适用于金属、混凝土、岩石等实验试件，用以测量试件在外荷载作用下表面局部应变场的变化，解决目前缺少试件局部应变场监测方法的配套的监测装置的问题。

2、一种四节点应变花组装置，包括1#三轴45°应变花、2#三轴45°应变花、3#三轴45°应变花、4#三轴45°应变花，4个三轴45°应变花分布在正方形的4个顶点位置，通过定位十字标和定位水平线确定该装置的安装位置，将装置按压在试件的安装位置，按照以下公式计算应变场：

3、以4#三轴45°应变花测点为原点，以3#三轴45°应变花和4#三轴45°应变花的连接线为x轴、以4#三轴45°应变花和1#三轴45°应变花的连接线为y轴建立坐标系，εi，j为该装置所测数据，其中i＝1，2，3，4代表第i#三轴45°应变花，j＝1，2，3分别代表x轴、y轴和45°方向，4个三轴45°应变花所在正方形的边长为l cm，该装置所在应变场中任一点坐标为(x，y)的应变的计算方法如下：

4、ε(x，y)，j＝ajx2+bjx+cjxy+dj其中，dj＝ε′4，j，其中，j＝1，2，3。此外，需要将应变场转化为同一方向，ε′i，1＝εi，1；ε′i，2＝εi，2；ε′1，3＝(ε1，1+ε1，2-ε1，3)/2，ε′2，3＝ε2，3，ε′3，3＝(ε3，1+ε3，2-ε3，3)/2，，ε′4，3＝ε4，3。

5、上述的一种四节点应变花组装置，还包括4根应变花引线、4根应变花引线交汇成的引线结点、从引线结点引出的应变花组导线，4个三轴45°应变花通过应变花组导线与静态应变采集仪连接。

6、上述的一种四节点应变花组装置，还包括柔软的自粘贴膜、用于保护自粘贴膜黏胶层的离形纸和用于支撑自粘贴膜的贴膜边框，所述自粘贴膜沿靠近边缘处一圈设有撕除接缝，将贴膜分为中心位置处的无张力中心贴膜和环绕无张力中心贴膜的无张力边缘贴膜。

7、上述的一种四节点应变花组装置的使用方法，

8、s1：4个三轴45°应变花，分布在正方形的4个顶点位置，4个三轴45°应变花所在正方形的中心位置处设置定位十字标，通过定位十字标和定位水平线确定该装置的安装位置；

9、s2：安装前，在待测试件上确定所需测定应变场的位置，标出中心点和水平线；

10、s3：将装置的定位十字标和定位水平线对准试件的标出中心点和水平线，将装置按压在试件表面使其牢固的粘贴在表面上，将应变花组导线连接至静态应变采集仪上，测试信号能否正常工作；

11、s4：待加载开始时同时启动应变场的测量，待加载结束后收集测试数据，并将按照公式计算出应变场的变化情况。

12、上述的一种四节点应变花组装置的使用方法，

13、s1：4个三轴45°应变花，分布在正方形的4个顶点位置，4个三轴45°应变花所在正方形的中心位置处设置定位十字标，通过定位十字标和定位水平线确定该装置的安装位置；

14、s2：安装前，在待测试件上确定所需测定应变场的位置，标出中心点和水平线；

15、s3：撕去离形纸，将装置的定位十字标和定位水平线对准试件安装位置处的中心点和水平线，将装置按压在试件表面使其牢固的粘贴在表面上，撕去贴膜边框，随后沿撕除接缝的虚线将装置中心位置处的无张力中心贴膜撕除，将应变花组导线连接至静态应变采集仪上，测试信号能否正常工作；

16、s4：待加载开始时同时启动应变场的测量，待加载结束后收集测试数据，并按照公式计算出应变场的变化情况。

17、一种应变场监测仪，包括上述任一项所述的四节点应变花组装置和与该四节点应变花组装置连接的主控制器。

18、一种任一项所述的四节点应变花组装置的用途，用于四节点应变花组应变场内任一点应变的测量计算。

19、本发明的四节点应变花组装置具有以下有益效果：本装置可适用于多种材质不同尺寸试件，例如岩石试件、混凝土试件和金属试件等，仅需试件表面平整即可安装；装置采用自粘式设计，安装操作简单且定位准确；在测定应变场时可安装一个装置或多个装置组合使用，或者在应变场变化较大的区域增加本装置的安装；该装置可以对应变场的变化过程进行实时监测；本装置成本较低，受实验环境或测试环境的影响较小。

技术特征：

1.一种四节点应变花组装置，其特征在于，包括1#三轴45°应变花(1)、2#三轴45°应变花(2)、3#三轴45°应变花(3)、4#三轴45°应变花(4)，4个三轴45°应变花分布在正方形的4个顶点位置，通过定位十字标(12)和定位水平线(13)确定该装置的安装位置，将装置按压在试件的安装位置，按照以下公式计算应变场：

2.根据权利要求1所述的一种四节点应变花组装置，其特征在于，还包括4根应变花引线(9)、4根应变花引线(9)交汇成的引线结点(11)、从引线结点(11)引出的应变花组导线(10)，4个三轴45°应变花通过应变花组导线(10)与静态应变采集仪连接。

3.根据权利要求1所述的一种四节点应变花组装置，其特征在于，还包括柔软的自粘贴膜、用于保护自粘贴膜黏胶层的离形纸和用于支撑自粘贴膜的贴膜边框(8)，所述自粘贴膜沿靠近边缘处一圈设有撕除接缝(6)，将贴膜分为中心位置处的无张力中心贴膜(7)和环绕无张力中心贴膜(7)的无张力边缘贴膜(5)。

4.根据权利要求1或2所述的一种四节点应变花组装置的使用方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的一种四节点应变花组装置的使用方法，其特征在于，

6.一种应变场监测仪，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的四节点应变花组装置和与该四节点应变花组装置连接的主控制器。

7.一种权利要求1～3任一项所述的四节点应变花组装置的用途，其特征在于，用于四节点应变花组应变场内任一点应变的测量计算。

技术总结
本发明公开了一种四节点应变花组装置及其使用方法，包含4个三轴45°应变花、离形纸、自粘贴膜、贴膜边框、应变花引线、应变花组导线、引线结点、定位十字标和定位水平线。4个三轴45°应变花分布在正方形的4个顶点位置，通过正方形中心的定位十字标和定位水平线确定安装位置。在安装前撕去装置自粘贴膜的离形纸，将装置按压在试件表面使其牢固的粘贴在表面上，撕去贴膜边框，随后沿撕除接缝的虚线将装置中心位置处的无张力中心贴膜撕除，将应变花组导线连接至静态应变采集仪上，测试信号能够正常工作。待加载开始时同时启动应变场的测量，待加载结束后收集测试数据，并将按照公式计算出应变场的变化情况。

技术研发人员：孔晓璇,卢海峰,刘重羊
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15