CN109540675A - 一种评测落球体局部接触特性的装置及方法 - Google Patents

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陈南
何华阳
窦光武
薛瑛琪
王梦婕
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Research Institute of Highway Ministry of Transport
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    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

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Abstract

一种评测落球体局部接触特性的装置及方法，属于路基土回弹模量测试领域。装置由标准卡具和标准测试构件两部分组成；标准卡具由四个圆弧形的卡槽瓣弧组成，瓣弧外侧为直角形态，瓣弧内测为标准圆弧形态，圆弧半径为落球仪产品标准中规定的落球体先端曲率半径，四个瓣弧相互垂直正交形成能够握裹标准球面的卡槽结构；标准测试构件由标准材料、外部固定材料和固定螺栓组成；固定螺栓稳定嵌固整个标准材料；标准材料为尼龙材料或PPR材料；标准材料固定在外部固定材料上；标准卡具实现了测量过程中测量面的自动卡紧对准。本发明保证了测量对象为一标准球面，也就保证了测量结果的准确性，能够稳定可靠的承载并复现回弹模量的标准值。

Description

一种评测落球体局部接触特性的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种评测落球体局部接触特性的装置及方法，属于路基土回弹模量测试领域。
背景技术
落球式岩土回弹模量测试仪是交通运输部工程标准《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60)推荐的路基土回弹模量测试方法之一。目前，该设备已在国内外300多个工程上验证并使用。落球体是该设备重要的测量部装置，其先端曲率半径、Hertz接触响应模量(即作为测量结果的回弹模量)等反映局部接触特性的参量是否符合标准，对于保证该设备产品质量和该类测试方法的可靠性都非常重要。本专利提出保护的技术，专门用于评测落球体的局部接触特性是否符合标准，这个技术可以应用于落球仪产品的出厂检验及使用期检查，有利于推动落球式岩土回弹模量测试仪在公路工程领域的应用。
1)先端曲率半径的游标卡尺直接测量法
目前，对于落球体先端曲率半径主要采用的是游标卡尺直接测量的方法，即测量人员凭借经验确定三个测量面，然后分别采用游标卡尺在三个面直接读取球面半径的测量结果。
2)回弹模量的比较测试方法
选取一般性材料(通常是某个相对稳定的测试点)，采用两台以上的落球仪装备同时开展测试，基于测量结果的比对确定模量的最终测试结果。
现在技术存在以下缺点：
1)测量可靠性差。采用游标卡尺直接测量先端曲率半径，测量面选取完全依靠经验，在无法保证测量对象为标准球面的条件下，也就无法保证测量结果的可靠性。
2)不能事先获知或者复现测量标准值。采用比较测试的方法获取回弹模量值，虽然可以得到不同设备之间测量结果的差异，但是由于被测对象是任意选取的，因此不能事先获知被测对象的具体量值，也很难再次复现该标准值。
发明内容
本发明标准卡具实现了测量过程中测量面的自动卡紧对准，保证了测量对象为一标准球面，也就保证了测量结果的准确性。标准样品能够稳定可靠的承载并复现回弹模量的标准值。
本专利所述的测量落球体局部接触特性参量的装置主要由标准卡具和标准测试构件两部分组成，标准卡具的结构如图1所示，标准构件的组成如图2所示。
图2中，标准卡具由四个圆弧形的卡槽瓣弧组成，瓣弧外侧为直角形态，瓣弧内测为标准圆弧形态，圆弧半径为落球仪产品标准中规定的落球体先端曲率半径，四个瓣弧相互垂直正交形成能够握裹标准球面的卡槽结构。
图2中，标准测试构件由1标准材料(通常为标准尼龙材料或标准PPR材料)、2外部固定材料(可选用水泥混凝土浇筑)、3固定螺栓组成。固定螺栓有三组，在同一平面内相互成120°角，固定螺栓在1材料的上部和下部分别有能够嵌固的槽，保证螺栓能够稳定嵌固整个标准材料。
本专利所述测评落球体局部接触特性参量的装置的技术方案流程图如图3所示。本专利技术方案的实现是先采用标准卡具进行落球体曲率特性评测，其目的是判断测试体是否为一个标准的球面，从而保证曲率半径测量结果真实、准确；然后，再采用回弹模量标准测试构件开展回弹特性评测，最终对落球体是否符合标准作出评判。
局部接触特性：球面与其他材质表面发生局部接触时所表现出来的符合Hertz接触条件的特征和性能，包括回弹特性(回弹模量) 和球面特性。落球体：岩土工程常用检测设备“落球式岩土回弹模量测量仪”中作为测量部的球体装置。
总体技术方案实现过程如下：
(1)首先，组装落球仪设备，确保设备处于正常工作状态后再进行下一步测试；
(2)开始落球体曲率特性测试；
(3)将标准卡具放置在平台上，将落球体球冠部分卡入卡具中；
(4)用肉眼判断卡槽与球面间是否有可见缝隙：如存在可见缝隙进入下一步，如不存在可见缝隙进入第(8)步；
(5)则用塞尺测量缝隙宽度；
(6)若缝隙宽度大于2mm，则产品评判为不合格，进入第(19) 步；
(7)若缝隙宽度小于等于2mm，则进入第(8)步；
(8)将球冠旋转超过90°，将球冠部分卡入卡具中；
(9)用肉眼判断卡槽与球面间是否有可见缝隙：如存在可见缝隙进入下一步，如不存在可见缝隙进入第(13)步；
(10)则用塞尺测量缝隙宽度；
(11)若缝隙宽度大于2mm，则产品评判为不合格，进入第(19) 步；
(12)若缝隙宽度小于等于2mm，则进入第(13)步；
(13)开始落球体回弹特性评测；
(14)将落球体从标准构件上方100mm处落下，使其直接撞击标准材料部分；
(15)读取落球仪输出的回弹模量示值E，并且与标准值Es进行比较；
(16)计算示值误差△E＝(E-Es)/Es；
(17)如果△E不超过10％，则进入下一步；如果△E超过10％，则进入第(19)步；
(18)评测合格，记录评测结果，进入(20)步；
(19)评测不合格，记录评测结果，进入下一步；
(20)落球仪关机，评测结束。
附图说明
图1标准卡具示意
图2标准测试构件固定方式示意图
图3测评落球体局部接触特性装置的技术方案流程图
图4具体实例1的技术方案流程图
具体实施方式
(1)首先，组装落球仪设备，接通电源，按照产品说明书进行调试，确保设备处于正常工作状态后再进行下一步测试；
(2)开始落球体曲率特性测试；
(3)将标准卡具放置在平台上，将落球体球冠部分卡入卡具中；
(4)用肉眼判断卡槽与球面间是否有可见缝隙，结果为无缝隙；
(5)将球冠旋转超过90°，将球冠部分卡入卡具中；
(6)用肉眼判断卡槽与球面间是否有可见缝隙，结果为无缝隙；
(7)开始落球体回弹特性评测；
(8)将落球体从标准构件上方100mm处落下，使其直接撞击标准材料部分；
(9)读取落球仪输出的回弹模量示值E，并且与标准值Es进行比较；
(10)计算示值误差△E＝(E-Es)/Es；
(11)计算结果显示，△E不超过10％；
(12)评测合格，记录评测结果；
(13)落球仪关机，评测结束。
本专利提供的标准卡具的辅助更加准确的实现了球冠体标准球面的评判，保证了曲率半径测量结果的准确性；而现有技术是测量人员凭经验随机选取测量面直接测量，无法保证测量对象为标准球体。本专利提供的模量标准测试件能够稳定的保存和复现材料的回弹模量标准值，提高了评测结果的准确性；而现有技术是随机选取测量对象，由于不能获得测量标准值，因此只能通过设备间比对间接获得评判结果。本专利具有极好的适用性，能够应用于不同类别及型号的落球仪设备的评测。本专利提供了较为规范的测试流程和方法，便于集中评测，提高了工作效率。
本专利采用标准卡具对落球体先端是否为标准球面进行评测，卡具内侧为与标准落球体球面相符合的圆弧构造，能够很好的卡紧落球体的先端球面，从而评测落球体是否为标准球面。模量标准测试构件采用对标准材料进行有效固定的方式，稳定的承载和复现了回弹模量标准值，从而能够对落球体的局部接触特性进行评测。

Claims (2)

1.一种评测落球体局部接触特性的装置，其特征在于：由标准卡具和标准测试构件两部分组成；
标准卡具由四个圆弧形的卡槽瓣弧组成，瓣弧外侧为直角形态，瓣弧内测为标准圆弧形态，圆弧半径为落球仪产品标准中规定的落球体先端曲率半径，四个瓣弧相互垂直正交形成能够握裹标准球面的卡槽结构；
标准测试构件由标准材料、外部固定材料和固定螺栓组成；固定螺栓稳定嵌固整个标准材料；标准材料为尼龙材料或PPR材料；标准材料固定在外部固定材料上。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于实现过程如下：
(1)首先，组装落球仪设备，确保设备处于正常工作状态后再进行下一步测试；
(2)开始落球体曲率特性测试；
(3)将标准卡具放置在平台上，将落球体球冠部分卡入卡具中；
(4)用肉眼判断卡槽与球面间是否有可见缝隙：如存在可见缝隙进入下一步，如不存在可见缝隙进入第(8)步；
(5)则用塞尺测量缝隙宽度；
(6)若缝隙宽度大于2mm，则产品评判为不合格，进入第(19)步；
(7)若缝隙宽度小于等于2mm，则进入第(8)步；
(8)将球冠旋转超过90°，将球冠部分卡入卡具中；
(9)用肉眼判断卡槽与球面间是否有可见缝隙：如存在可见缝隙进入下一步，如不存在可见缝隙进入第(13)步；
(10)则用塞尺测量缝隙宽度；
(11)若缝隙宽度大于2mm，则产品评判为不合格，进入第(19)步；
(12)若缝隙宽度小于等于2mm，则进入第(13)步；
(13)开始落球体回弹特性评测；
(14)将落球体从标准构件上方100mm处落下，使其直接撞击标准材料部分；
(15)读取落球仪输出的回弹模量示值E，并且与标准值Es进行比较；
(16)计算示值误差△E＝(E-Es)/Es；
(17)如果△E不超过10％，则进入下一步；如果△E超过10％，则进入第(19)步；
(18)评测合格，记录评测结果，进入(20)步；
(19)评测不合格，记录评测结果，进入下一步；
(20)落球仪关机，评测结束。
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