專利名稱：一種圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種裝置內壁摩擦力分布的測量方法，尤其是涉及一種圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法。
背景技術：
為了提高某些材料的綜合力學性能，通常在其外圍添加一種圍壓裝置，該技術在工程中應用極其廣泛。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，合金以及高分子復合材料。材料在受到軸向壓縮時，圍壓裝置內壁摩擦力分布規律，對于圍壓材料的模型建立以及工程應用具有重大現實意義。目前還沒有文獻披露涉及圍壓裝置內材料在受到軸向壓縮時，該圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種圍壓裝置內材料受到軸向壓縮的情況下，圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為I)在圍壓裝置外表面任取兩處對稱部位，先用粗砂布、再用細砂布，沿軸向打磨出寬度為Icm至2cm的光潔帶狀區域；
2)根據圍壓裝置的軸向長度確定所需電阻應變片的個數，在其中一條光潔帶狀區域沿軸向依次粘貼軸向電阻應變片，相鄰兩個電阻應變片之間間隔一定的距離，并且記錄每個電阻應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域內，與每個軸向電阻應變片中心位置相對應的地方粘貼環向電阻應變片，環向電阻應變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離與軸向電阻應變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離相等；
4)將每個電阻應變片用導線與靜態電阻應變儀連接，在圍壓裝置內材料受到軸向壓縮時，記錄靜態電阻應變儀上各個電阻應變片對應的讀數，軸向電阻應變片讀數記為4、A2
......”環向電阻應變片讀數記為％、A2......^ ;
5)將軸向電阻應變片讀數 和環向電阻應變片度數~代入正應力公式
^ =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，這里《 =〗>2,3......，即得到距離圍壓裝置頂端距離為力、巧
......處的正應力值Ok、σ 2......X.；
6)以正應力值σζ1、σ,2......%為縱坐標，以到距離圍壓裝置頂端距離&......^為相應的橫坐標，用MATLAB數學軟件進行數據擬合，得到& =/(z)函數的
三次B樣條光滑曲線；
7)用MATLAB數學軟件求出此函數的一階導數函數，即得到#，代入到圍壓裝置內壁
OZ
摩擦力該公式中^為圍壓裝置內徑，'為圍壓裝置厚度，二者
D ζDI
均為已知常數，便可得到該圍壓裝置內壁摩擦力分布的函數圖形。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明的特點如下儀器設備簡單，本發明的主要儀器設備為靜態電阻應變儀和電阻應變片，二者均為工程科研中所常見儀器設備；數·據采集與處理方法簡單，可以用靜態電阻應變儀同時采集各個測點應變，根據各個測點數據進行三次B樣條曲線擬合，可以通過MATLAB數學軟件輕松實現；最終得出的摩擦力分布公式，由彈性力學分析得出，形式簡潔，方法可靠。本發明的優點是測量儀器常見，操作簡單方便，能夠測量不同直徑的圍壓裝置，測量結果比較準確并且不會對圍壓裝置造成損害，故具有廣泛的實際工程應用性。


圖I為圍壓裝置上電阻應變片粘貼示意 圖2為實施例中的三次B樣條曲線和三次B樣條曲線的一階導數曲線；
圖3為實施例中的圍壓裝置內壁摩擦力分布函數圖形。圖4為柱坐標系的建立；
圖5為聞度為dz的圓環受:力不意 圖6為高度為dz的圓環上微小的平行六面體受力示意具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。一種圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法，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稱部位，先用粗砂布、再用細砂布，沿軸向打磨出寬度為Icm至2cm的光潔帶狀區域；
2)根據圍壓裝置的軸向長度確定所需電阻應變片的個數，在其中一條光潔帶狀區域沿軸向依次粘貼軸向電阻應變片，相鄰兩個電阻應變片之間間隔一定的距離，并且記錄每個電阻應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域內，與每個軸向電阻應變片中心位置相對應的地方粘貼環向電阻應變片，環向電阻應變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離與軸向電阻應變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離相等；
4)將每個電阻應變片用導線與靜態電阻應變儀連接，在圍壓裝置內材料受到軸向壓縮時，記錄靜態電阻應變儀上各個電阻應變片對應的讀數，軸向電阻應變片讀數記為-9 XlO^、-13 XlO^、-18 xlO^、-14 ><10^ 和-16 xlC)4，環向電阻應變片讀數記為54 XlO-4 >73 XlCT4、97 xlO^ >83 xlO^5 和 93 xlO^ ；
5)將軸向電阻應變片讀數4和環向電阻應變片度數^■代入正應力公式
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，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 處的正應力值 O. 96 MPa、I. 12 MPa、I. 33 MPa、I. 44 MPa 和 I. 57MPa ；6)以正應力值0.96 MPa、I. 12 MPa、I. 33 MPa、I. 44 MPa 和 I. 57 MPa 為縱坐標，以到距離圍壓裝置頂端距離O. 05m、0. 09m、0. 13m、0. 17m和0. 21m為相應的橫坐標，用MATLAB數
學軟件進行數據擬合，得到％ =ΛΑ函數的三次B樣條光滑曲線；圖2中所示；
7)用MATLAB數學軟件求出此函數的一階導數函數，即得到$，代入到圍壓裝置內
QZ
壁摩擦力公式=,該公式中圍壓裝置內徑^ =IOOmm,圍壓裝置厚度f
=5_，便可得到該圍壓裝置內壁摩擦力分布的函數圖形。
下面說明摩擦力公式以及正應力公式的推導過程
上述計算摩擦力公式以及正應力公式是以《彈性力學》、《材料力學》材料為基礎經過下列推導得到
已知圍壓裝置內徑為D，厚度力r以圍壓裝置軸向豎直向下為正方向建立坐標系如圖4所示,任取一個高度為dz的圓環,對該部分圓環進行受力分析,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的圓環上取一個微小的平行六面體進行受力分析，受力示意圖如圖6所示，因為P 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)式聯立可以得到
~2 ( + )( 5 )
i _ V
權利要求
1.一種圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法，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稱部位，先用粗砂布、再用細砂布，沿軸向打磨出寬度為1cm至2cm的光潔帶狀區域； .2)根據圍壓裝置的軸向長度確定所需電阻應變片的個數，在其中一條光潔帶狀區域沿軸向依次粘貼軸向電阻應變片，相鄰兩個電阻應變片之間間隔一定的距離，并且記錄每個電阻應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域內，與每個軸向電阻應變片中心位置相對應的地方粘貼環向電阻應變片，環向電阻應變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離與軸向電阻應變片中心位置到圍壓裝置頂端的距離相等； .4)將每個電阻應變片用導線與靜態電阻應變儀連接，在圍壓裝置內材料受到軸向壓縮時，記錄靜態電阻應變儀上各個電阻應變片對應的讀數，軸向電阻應變片讀數記為％、......^環向電阻應變片讀數記為％、Q2......； .5)將軸向電阻應變片讀數■ 和環向電阻應變片度數&代入正應力公式
全文摘要
本發明公開了一種圍壓裝置內材料受到軸向壓縮的情況下，圍壓裝置內壁摩擦力分布的測量方法，用靜態電阻應變儀同時采集各個測點應變，根據各個測點數據進行三次B樣條曲線擬合，可以通過MATLAB數學軟件輕松實現；最終得出的摩擦力分布公式，由彈性力學分析得出，形式簡潔，方法可靠。
文檔編號G01L1/22GK102879135SQ20121036911
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者褚洪巖, 陳建康, 歐陽韡怡, 施德勝, 吳曉烽 申請人:寧波大學