专利名称：一种围压装置内壁摩擦力分布的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种装置内壁摩擦力分布的测量方法，尤其是涉及一种围压装置内壁摩擦力分布的测量方法。
背景技术：
为了提高某些材料的综合力学性能，通常在其外围添加一种围压装置，该技术在工程中应用极其广泛。例如，在混凝土材料外围添加围压装置后，混凝土材料(工程上称为围压混凝土)的综合力学性能将得到显著提高。围压装置材料可以是金属，合金以及高分子复合材料。材料在受到轴向压缩时，围压装置内壁摩擦力分布规律，对于围压材料的模型建立以及工程应用具有重大现实意义。目前还没有文献披露涉及围压装置内材料在受到轴向压缩时，该围压装置内壁摩擦力分布的测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种围压装置内材料受到轴向压缩的情况下，围压装置内壁摩擦力分布的测量方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为I)在围压装置外表面任取两处对称部位，先用粗砂布、再用细砂布，沿轴向打磨出宽度为Icm至2cm的光洁带状区域；
2)根据围压装置的轴向长度确定所需电阻应变片的个数，在其中一条光洁带状区域沿轴向依次粘贴轴向电阻应变片，相邻两个电阻应变片之间间隔一定的距离，并且记录每个电阻应变片中心处到围压装置顶端的距离，该距离依次记为
Λ ^2 * · · · · · ;
3)在另外一条光洁带状区域内，与每个轴向电阻应变片中心位置相对应的地方粘贴环向电阻应变片，环向电阻应变片中心位置到围压装置顶端的距离与轴向电阻应变片中心位置到围压装置顶端的距离相等；
4)将每个电阻应变片用导线与静态电阻应变仪连接，在围压装置内材料受到轴向压缩时，记录静态电阻应变仪上各个电阻应变片对应的读数，轴向电阻应变片读数记为4、A2
......”环向电阻应变片读数记为％、A2......^ ;
5)将轴向电阻应变片读数 和环向电阻应变片度数~代入正应力公式
^ =5为围压装置材料的杨氏模量，y为围压装置材料的泊松比，
二者均为已知常数，这里《 =〗>2,3......，即得到距离围压装置顶端距离为力、巧
......处的正应力值Ok、σ 2......X.；
6)以正应力值σζ1、σ,2......%为纵坐标，以到距离围压装置顶端距离&......^为相应的横坐标，用MATLAB数学软件进行数据拟合，得到& =/(z)函数的
三次B样条光滑曲线；
7)用MATLAB数学软件求出此函数的一阶导数函数，即得到#，代入到围压装置内壁
OZ
摩擦力该公式中^为围压装置内径，'为围压装置厚度，二者
D ζDI
均为已知常数，便可得到该围压装置内壁摩擦力分布的函数图形。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明的特点如下仪器设备简单，本发明的主要仪器设备为静态电阻应变仪和电阻应变片，二者均为工程科研中所常见仪器设备；数·据采集与处理方法简单，可以用静态电阻应变仪同时采集各个测点应变，根据各个测点数据进行三次B样条曲线拟合，可以通过MATLAB数学软件轻松实现；最终得出的摩擦力分布公式，由弹性力学分析得出，形式简洁，方法可靠。本发明的优点是测量仪器常见，操作简单方便，能够测量不同直径的围压装置，测量结果比较准确并且不会对围压装置造成损害，故具有广泛的实际工程应用性。
图I为围压装置上电阻应变片粘贴示意 图2为实施例中的三次B样条曲线和三次B样条曲线的一阶导数曲线；
图3为实施例中的围压装置内壁摩擦力分布函数图形。图4为柱坐标系的建立；
图5为闻度为dz的圆环受:力不意 图6为高度为dz的圆环上微小的平行六面体受力示意具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。一种围压装置内壁摩擦力分布的测量方法，其特征在于包括如下具体步骤
1)在围压装置外表面任取两处对称部位，先用粗砂布、再用细砂布，沿轴向打磨出宽度为Icm至2cm的光洁带状区域；
2)根据围压装置的轴向长度确定所需电阻应变片的个数，在其中一条光洁带状区域沿轴向依次粘贴轴向电阻应变片，相邻两个电阻应变片之间间隔一定的距离，并且记录每个电阻应变片中心处到围压装置顶端的距离，该距离依次记为O. 05m、0. 09m、0. 13m、0. 17m和0. 21m ；
3)在另外一条光洁带状区域内，与每个轴向电阻应变片中心位置相对应的地方粘贴环向电阻应变片，环向电阻应变片中心位置到围压装置顶端的距离与轴向电阻应变片中心位置到围压装置顶端的距离相等；
4)将每个电阻应变片用导线与静态电阻应变仪连接，在围压装置内材料受到轴向压缩时，记录静态电阻应变仪上各个电阻应变片对应的读数，轴向电阻应变片读数记为-9 XlO^、-13 XlO^、-18 xlO^、-14 ><10^ 和-16 xlC)4，环向电阻应变片读数记为54 XlO-4 >73 XlCT4、97 xlO^ >83 xlO^5 和 93 xlO^ ；
5)将轴向电阻应变片读数4和环向电阻应变片度数^■代入正应力公式
g
^zx=-~2^+ ) , ^为围压装置材料的杨氏模量，为围压装置材料的泊松比，二
ι-pBy
者均为已知常数，这里M = U3......，即得到距离围压装置顶端距离为O. 05m、0. 09m、
O. 13m、0. 17m 和 O. 21m 处的正应力值 O. 96 MPa、I. 12 MPa、I. 33 MPa、I. 44 MPa 和 I. 57MPa ；6)以正应力值0.96 MPa、I. 12 MPa、I. 33 MPa、I. 44 MPa 和 I. 57 MPa 为纵坐标，以到距离围压装置顶端距离O. 05m、0. 09m、0. 13m、0. 17m和0. 21m为相应的横坐标，用MATLAB数
学软件进行数据拟合，得到％ =ΛΑ函数的三次B样条光滑曲线；图2中所示；
7)用MATLAB数学软件求出此函数的一阶导数函数，即得到$，代入到围压装置内
QZ
壁摩擦力公式=,该公式中围压装置内径^ =IOOmm,围压装置厚度f
=5_，便可得到该围压装置内壁摩擦力分布的函数图形。
下面说明摩擦力公式以及正应力公式的推导过程
上述计算摩擦力公式以及正应力公式是以《弹性力学》、《材料力学》材料为基础经过下列推导得到
已知围压装置内径为D，厚度力r以围压装置轴向竖直向下为正方向建立坐标系如图4所示,任取一个高度为dz的圆环,对该部分圆环进行受力分析,受力示意图如图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)
在高度为dz的圆环上取一个微小的平行六面体进行受力分析，受力示意图如图6所示，因为P σ,、Ρ σΣ ,所以可取j = O。由广义胡克定律可以得到I ,,
^ = ⑶
^ =(4)
由(3)、(4)式联立可以得到
~2 ( + )( 5 )
i _ V
权利要求
1.一种围压装置内壁摩擦力分布的测量方法，其特征在于包括如下具体步骤 .1)在围压装置外表面任取两处对称部位，先用粗砂布、再用细砂布，沿轴向打磨出宽度为1cm至2cm的光洁带状区域； .2)根据围压装置的轴向长度确定所需电阻应变片的个数，在其中一条光洁带状区域沿轴向依次粘贴轴向电阻应变片，相邻两个电阻应变片之间间隔一定的距离，并且记录每个电阻应变片中心处到围压装置顶端的距离，该距离依次记为z1,z2......zn; .3)在另外一条光洁带状区域内，与每个轴向电阻应变片中心位置相对应的地方粘贴环向电阻应变片，环向电阻应变片中心位置到围压装置顶端的距离与轴向电阻应变片中心位置到围压装置顶端的距离相等； .4)将每个电阻应变片用导线与静态电阻应变仪连接，在围压装置内材料受到轴向压缩时，记录静态电阻应变仪上各个电阻应变片对应的读数，轴向电阻应变片读数记为％、......^环向电阻应变片读数记为％、Q2......； .5)将轴向电阻应变片读数■ 和环向电阻应变片度数&代入正应力公式
全文摘要
本发明公开了一种围压装置内材料受到轴向压缩的情况下，围压装置内壁摩擦力分布的测量方法，用静态电阻应变仪同时采集各个测点应变，根据各个测点数据进行三次B样条曲线拟合，可以通过MATLAB数学软件轻松实现；最终得出的摩擦力分布公式，由弹性力学分析得出，形式简洁，方法可靠。
文档编号G01L1/22GK102879135SQ20121036911
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者褚洪岩, 陈建康, 欧阳韡怡, 施德胜, 吴晓烽 申请人:宁波大学