CN113654908B - 具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置和方法，容置桶呈圆柱状且开口向上设置，容置桶的材质为透明材质；其中一铝皮卷绕成环形，同轴放置于容置桶内，铝皮与容置桶底壁相抵，铝皮与容置桶之间形成环形容置空间，铝皮内侧和容置空间内用于填充散体颗粒材料，另一铝皮作为对照物；承压板呈圆形设置，位于铝皮内侧的散体颗粒材料上；施压装置的传力柱用于对承压板向下施压。本发明提出的技术方案的有益效果是：利用铝皮的变形特性记录压缩过程中产生的变形，并在铝皮与高强度亚克力桶之间填充细颗粒材料，模拟三轴压缩过程，解决了散体颗粒材料压缩过程中横向应变难以准确记录的问题，具有测量精度高，可视性好等优点。

Description

具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置和方法
技术领域
本发明涉及三维应变测试技术领域，尤其涉及一种具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置和方法。
背景技术
在对散体介质颗粒结构演变机理的渣堆危险性研究过程中，通过压密试验测试散体颗粒在受轴向压缩过程中产生的应力和应变，其中轴向应变可通过压缩前后颗粒堆积高度之差得到，但横向应变难以测量，使用传统的测量方法难以达到该试验对应变测量的精度要求，因此需要一种能够记录并准确测量压密试验后产生的横向应变值的方法。
近年来，发展出现一种可大面积、高精度、非接触地快速获取被测对象表面的三维坐标点云数据的技术手段，即三维激光扫描技术。运用该技术结合压密试验的特点，有必要提出一种结合三维激光扫描技术实现压密试验的横向应变值测量系统与方法。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置和方法。
本发明的实施例提供一种具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，包括：
容置桶，呈圆柱状且开口向上设置，所述容置桶的材质为透明材质；
两个铝皮，其中一所述铝皮卷绕成环形，同轴放置于所述容置桶内，所述铝皮与所述容置桶底壁相抵，所述铝皮与所述容置桶之间形成环形容置空间，所述铝皮内侧和所述容置空间内用于填充散体颗粒材料，另一所述铝皮为未经压缩试验的标准铝皮作为对照物，两个所述铝皮卷绕成的环形区域直径相等；
承压板，呈圆形设置，与所述铝皮相适配，位于所述铝皮内侧的散体颗粒材料上；
施压装置，所述施压装置的传力柱沿上下向延伸，与所述承压板相对，用于对所述承压板向下施压。
进一步地，所述传力柱与所述承压板同轴设置。
进一步地，还包括载重平台，所述容置桶放置于所述载重平台上。
进一步地，所述施压装置安装于所述载重平台上。
进一步地，所述铝皮的直径与所述容置桶直径差值范围为6-10cm。
进一步地，所述容置桶的材质为亚克力板。
进一步地，还包括控制器，所述控制器与所述施压装置电连接，用以控制所述施压装置对承载板向下施压。
本发明的实施例还提供一种试验方法，使用如上所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，包括以下步骤：
S1利用施压装置对承压板向下施压，做散体颗粒压缩试验；
S2压缩试验结束后将装置中铝皮平稳取出；
S3对压缩变形后的铝皮和未被压缩的标准铝皮外表面分别进行喷粉处理，并在两个铝皮外表面无序贴上反光标定点；
S4用便携式三维激光扫描仪分别对未被压缩的标准铝皮和压缩变形后的铝皮外表面进行扫描；
S5将三维激光扫描得到的点云数据导入计算机，利用计算机对点云数据进行预处理，再将处理后的点云数据转换为三维模型；
S6将压缩后的铝皮三维模型与未被压缩的标准铝皮三维模型进行对比，从而得到经压缩后的应变值。
进一步地，相邻所述反光标定点之间的间距为5-8cm。
进一步地，步骤S5中利用计算机对点云数据进行预处理具体为，对点云数据进行点云提取、点云配准、点云去噪中一种或多种，以删除多余点云数据，消除干扰，提高点云精度。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：利用铝皮的变形特性记录压缩过程中产生的变形，并在铝皮与容置桶之间填充细颗粒材料，模拟三轴压缩过程，由于试验装置中的铝皮是塑性材料，经压缩后变化明显，压缩试验产生的应变即为铝皮的横向变形量。利用三维激光扫描仪，能够准确获取被扫描物体表面的三维点云数据，进而获得三维模型，能够精确测量加压产生的横向变形及体积变形；通过高透明亚克力桶，可清晰地观察试验进程。本发明提供的技术方案解决了散体颗粒材料压缩过程中横向应变难以准确记录的问题，可将试验产生的应变转化为铝皮的横向变形量，并实现三维应变测量，该方法具有精度高、成本低、易于操作等特点，且可灵活运用于其他类似试验。
附图说明
图1是本发明提供的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置和方法一实施例的结构示意图；
图2是图1中容置桶和铝皮的俯视图；
图3是图1中容置桶和铝皮的结构示意图；
图4是图1中容置桶和铝皮的剖面图；
图5是图1中三铝皮和维应变扫描仪器的结构示意图；
图6是图1中铝皮上反光标记点的分布图。
图中：1-1、施压装置，1-2、容置空间，1-3、自制传力柱，1-4、承压板，1-5、铝皮，1-6、容置桶，1-7、支撑柱，1-8载重平台，2-1、三维激光扫描仪，2-2、反光标定点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1至6，本发明的实施例提供一种具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，包括容置桶1-6、两个铝皮1-5、承压板1-4、施压装置1-1和载重平台1-8。
容置桶1-6呈圆柱状且开口向上设置，所述容置桶1-6的材质为透明材质，本实施例中，所述容置桶1-6的材质为亚克力板，可视化且具有高强度，所述容置桶1-6放置于所述载重平台1-8上。
其中一所述铝皮1-5卷绕成环形，同轴放置于所述容置桶1-6内，铝皮1-5的直径比容置桶1-6直径小，直径差值范围为6-10cm，保证在容置空间1-2内填充适量的散体颗粒材料。为了保持铝皮1-5的形状，铝皮1-5两端可通过胶带粘连，两个所述铝皮1-5卷绕成的环形区域直径相等。所述铝皮1-5与所述容置桶1-6底壁相抵，所述铝皮1-5与所述容置桶1-6之间形成环形容置空间1-2，所述铝皮1-5内侧和所述容置空间1-2内用于填充散体颗粒材料，另一所述铝皮1-5为未经压缩试验的标准铝皮作为对照物。
承压板1-4呈圆形设置，与所述铝皮1-5相适配，位于所述铝皮1-5内侧的散体颗粒材料上，承压板1-4的直径与容置空间1-2的直径相等，施压装置1-1安装于所述载重平台1-8上，具体的，所述施压装置1-1通过多个支撑柱1-7安装于所述载重平台1-8上。施压装置1-1的传力柱1-3沿上下向延伸，与所述承压板1-4相对，用于对所述承压板1-4向下施压，所述传力柱1-3与所述承压板1-4同轴设置，保证施压装置1-1的压力均匀压在散体颗粒材料上，在施压过程中，铝皮1-5和散体颗粒材料被挤压，使胶带断开，铝皮1-5外围的散体颗粒材料为铝皮1-5提供均匀的围压。施压装置1-1与控制器电连接，用以控制所述施压装置1-1对承载板向下施压。
基于上述具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，本发明实施例还提供一种试验方法，包括以下步骤：
S1利用施压装置1-1对承压板1-4向下施压，做散体颗粒压缩试验，利用控制器控制施压装置1-1的施压大小与施压时间，透过容置桶1-6可观察散体颗粒材料的压缩过程和铝皮1-5的变化。
S2压缩试验结束后将装置中铝皮1-5平稳取出，压缩过程结束后，将容置桶1-6从载重平台1-8上取下，将铝皮1-5内侧和所述容置空间1-2填充的散体颗粒材料取出，此过程中应注意保持铝皮1-5本身形状，使其不受扰动。
S3对压缩变形后的铝皮1-5和未被压缩的标准铝皮1-5外表面分别进行喷粉处理，并在两个铝皮1-5外表面无序贴上反光标定点2-2。
所有散体颗粒材料取出后，缓慢取出铝皮1-5并清除附着在铝皮1-5表面的颗粒和粉末，对铝皮1-5外表面进行喷粉处理，由于铝皮1-5本身反光，喷粉处理的目的是减弱三维扫描时铝皮1-5表面对激光的反射，喷粉时应尽量均匀。在喷粉处理后的铝皮1-5外表面贴上反光标定点2-2，标定点间距5-8cm，且各点排列应尽量均匀且随机，便于在建立三维模型时选取控制点。
S4用便携式三维激光扫描仪2-1分别对未被压缩的标准铝皮1-5和压缩变形后的铝皮1-5外表面进行扫描，扫描时应尽量匀速，以保证扫描成像质量和获取的点云数据的精度。
S5将三维激光扫描得到的点云数据导入计算机，利用计算机对点云数据进行预处理，具体的，对点云数据进行点云提取、点云配准、点云去噪中一种或多种，以删除多余点云数据，消除干扰，提高点云精度，再将处理后的点云数据转换为三维模型，转换得到的三维模型本质上是以点云数据为端点组成的三角网构成的三维空间上的面。
S6将压缩后的铝皮1-5三维模型与未被压缩的标准铝皮1-5三维模型进行对比，得到压缩后不同高度位置的铝皮1-5具有不同的应变特征，综合计算得到压缩试验前后散体颗粒材料的的应变值。
本发明提供的技术方案，利用铝皮1-5的变形特性记录压缩过程中产生的变形，并在铝皮1-5与容置桶1-6之间填充细颗粒材料，模拟三轴压缩过程，由于试验装置中的铝皮1-5是塑性材料，经压缩后变化明显，压缩试验产生的应变即为铝皮1-5的横向变形量。利用三维激光扫描仪2-1，能够准确获取被扫描物体表面的三维点云数据，进而获得三维模型，能够精确测量加压产生的横向变形及体积变形；通过高透明亚克力桶，可清晰地观察试验进程。本发明提供的技术方案解决了散体颗粒材料压缩过程中横向应变难以准确记录的问题，可将试验产生的应变转化为铝皮1-5的横向变形量，并实现三维应变测量，该方法具有精度高、成本低、易于操作等特点，且可灵活运用于其他类似试验。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，包括：
容置桶，呈圆柱状且开口向上设置，所述容置桶的材质为透明材质；
两个铝皮，其中一所述铝皮卷绕成环形，同轴放置于所述容置桶内，所述铝皮与所述容置桶底壁相抵，所述铝皮与所述容置桶之间形成环形容置空间，所述铝皮内侧和所述容置空间内用于填充散体颗粒材料，另一所述铝皮为未经压缩试验的标准铝皮作为对照物，两个所述铝皮卷绕成的环形区域直径相等；
承压板，呈圆形设置，与所述铝皮相适配，位于所述铝皮内侧的散体颗粒材料上；
施压装置，所述施压装置的传力柱沿上下向延伸，与所述承压板相对，用于对所述承压板向下施压。
2.如权利要求1所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，所述传力柱与所述承压板同轴设置。
3.如权利要求1所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，还包括载重平台，所述容置桶放置于所述载重平台上。
4.如权利要求3所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，所述施压装置安装于所述载重平台上。
5.如权利要求1所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，所述铝皮的直径与所述容置桶直径差值范围为6-10cm。
6.如权利要求1所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，所述容置桶的材质为亚克力板。
7.如权利要求1所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述施压装置电连接，用以控制所述施压装置对承载板向下施压。
8.一种试验方法，其特征在于，使用如权利要求1至7任一项所述的具备力链和横向变形测试能力的颗粒压缩试验装置，包括以下步骤：
S1利用施压装置对承压板向下施压，做散体颗粒压缩试验；
S2压缩试验结束后将装置中铝皮平稳取出；
S3对压缩变形后的铝皮和未被压缩的标准铝皮外表面分别进行喷粉处理，并在两个铝皮外表面无序贴上反光标定点；
S4用便携式三维激光扫描仪分别对未被压缩的标准铝皮和压缩变形后的铝皮外表面进行扫描；
S5将三维激光扫描得到的点云数据导入计算机，利用计算机对点云数据进行预处理，再将处理后的点云数据转换为三维模型；
S6将压缩后的铝皮三维模型与未被压缩的标准铝皮三维模型进行对比，从而得到经压缩后的应变值。
9.如权利要求8所述的试验方法，其特征在于，相邻所述反光标定点之间的间距为5-8cm。
10.如权利要求8所述的试验方法，其特征在于，步骤S5中利用计算机对点云数据进行预处理具体为，对点云数据进行点云提取、点云配准、点云去噪中一种或多种，以删除多余点云数据，消除干扰，提高点云精度。
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