一种基于剪应变理论的应变球测试装置的制作方法

本实用新型属于应变测试技术领域，具体为一种基于剪应变理论的应变球测试装置，通过该装置获得五个方向上的剪应变，经过计算即可得到被测不可压缩材料内部的三维应变状态。

背景技术：

在测试技术领域中，应力和应变的测试装置多种多样，比如：位移计、单向应变片、三维应变花等等。准确的测试结果为评定工程安全提供有力的保障。

专利《一种四棱锥台体剪应变测试装置及其应变状态表示方法》，依据不可压缩材料的特性和剪应变的定义，在四棱锥台体剪应变测试装置上设置七个转角测量器，得到了五个互相独立的剪应变，进而为研究不可压缩材料的变形特性提供一种有效思路。但是，该四棱锥台体剪应变测试装置本身具有一定的棱角，为解决该装置在棱角处产生的应力集中问题，本实用新型提供一种基于剪应变理论的应变球测试装置，该装置能够有效减少应力集中带来的测量误差，提高测试精度，客观的反应不可压缩材料的真实变形，具有普遍意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于剪应变理论的应变球测试装置，可以测量出不可压缩材料内部的三维应变状态，同时本装置具有操作简便、方便携带、结构简单合理、测试结果精度高、造价成本低等显著效果，合理的结构可保证测试精度，可在工程中广泛应用。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于剪应变理论的应变球测试装置，该装置包括有形状为七个圆形切面连接一体呈球体的应变球，七个转角测量器，不透水密封胶，数据导线；针对不可压缩材料，该剪应变测试装置外观为呈球体的应变球，利用不透水密封胶在呈球体的应变球上固定七个转角测量器，并将数据导线汇总，即形成一种基于剪应变理论的应变球测试装置。

所述的呈球体的应变球，可用如下方法切割获得，具体步骤如下：用四棱锥的四个三角形面在球体上进行切割，其中四棱锥的相对的三角形面相互垂直，切割后可得到圆形切面a1、面a2、面a3、面a4，即面a1面a3相互垂直、面a2面a4相互垂直；在此结构基础上俯视位置，垂直切取两个相互垂直的面，得到圆形切面b1、面b2，在面b1、面b2之间，沿俯视位置，垂直切取圆形面c，即形成连接一体呈球体的应变球。

所述的七个转角测量器具体布置位置如下所述：为测量面a1和面a3、面a2和面a4的直角改变量，在其相应平面中线上共布置四个转角测量器；在面b1、面b2上沿水平方向布置转角测量器，面c上沿竖直方向布置转角测量器这三个转角测量器两两垂直，可测出三个直角改变量。

本实用新型的有益效果是该剪应变理论的应变球装置自身结构合理，所受到的各向应力相同，解决了棱角处出现应力集中问题和由应力集中现象引发的扭住问题，使得测量出的不可压缩材料的三维应变状态更为准确，精度提高30％～40％，同时，该装置基于剪应变的定义，采用转角测量器进行角度的测量，获得了五个独立的剪应变数值，打破了以往线应变测量的传统思想，为认识不可压缩材料的三维应变状态的变化，提供了一种新的技术手段。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于剪应变理论的应变球测试装置结构示意图。

图中：

1.球体应变基座2.转角测量器3.不透水密封胶4.数据导线

a1.圆形切面一a2.圆形切面二a3.圆形切面三a4.圆形切面四

b1.圆形切面五b2.圆形切面六c.圆形切面七

具体实施方式

结合附图对本实用新型的一种基于剪应变理论的应变球测试装置结构加以说明。

本实用新型的基于剪应变理论的应变球测试装置设计理念：空间任意一点的应变状态有三个正应变和三个剪应变共六个应变分量，基于不可压缩材料特性和应力应变的关系，在获得五个不同方向的应变后，即可推导出不可压缩材料内部的三维应变状态。

本实用新型的基于剪应变理论的应变球测试装置，将该装置埋放入不可压缩材料中，并与应变采集系统相连接，应变球的外观为有七个小切面的近似球体形状，其特征是：该装置包括有形状为七个圆形切面连接一体呈球体的应变球1，七个转角测量器2，不透水密封胶3，数据导线4；针对不可压缩材料，该剪应变测试装置外观为呈球体的应变球1，利用不透水密封胶3在呈球体的应变球1上固定七个转角测量器2，并将数据导线4汇总，即形成一种基于剪应变理论的应变球测试装置。

所述的呈球体的应变球1，可用如下方法切割获得，具体步骤如下：用四棱锥的四个三角形面在球体上进行切割，其中四棱锥的相对的三角形面相互垂直，切割后可得到圆形切面a1、面a2、面a3、面a4，即面a1面a3相互垂直、面a2面a4相互垂直；在此结构基础上俯视位置，垂直切取两个相互垂直的面，得到圆形切面b1、面b2，在面b1、面b2之间，沿俯视位置，垂直切取圆形面c，即形成连接一体呈球体的应变球1。

所述的七个转角测量器2采用市场销售产品即可，具体布置位置如下所述：为测量面a1和面a3、面a2和面a4的直角改变量，在其相应平面中线上共布置四个转角测量器2；在面b1、面b2上沿水平方向布置转角测量器2，面c上沿竖直方向布置转角测量器2这三个转角测量器2两两垂直，可测出三个直角改变量。

本实用新型的一大特色是其外观结构近似为一球体，解决了应力集中所带来的一系列可引发测量误差的问题，因其结构合理，测量准确等突出优点，可以测量出不可压缩材料内的三维应变状态，同时该装置的基本原理为依据直角改变量的剪应变原理，为测量不可压缩材料内部变形提供了一种有效的新方法。

本实用新型的有益效果是：

1.基于剪应变的原理，由转角测量器测出的转角改变值，可得到五个直角改变量，即五个剪应变值，由此克服了应变测试的传统思维。

2.该装置近似为一个球体，在各个方向上受力均匀，受力状态也更为合理，避免了棱角处出现应力集中和由装置本身受力不均所导致的扭矩等不利因素的影响。

3.该装置能准确测量不可压缩材料内部任意一点的三维应变状态，精度可提高30％～40％。