CN117571164B - 一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，涉及混凝土的技术领域，预先对混凝土试样的试样状态数据信息进行深度观测，并在三维坐标系中准确标记出坐标原点Oi，为后续的应力分析提供基础；多功能检测模块在混凝土试样表面安置检测仪器和试验设备，实现了对相关应力数据信息和分布变化数据信息的自动检测；应力分布分析模块通过深度分析与计算获取多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syy，通过多维度参数的综合考量，使得对混凝土试样力学性能的评估更加全面和深入，引入分布状态指数Fbzs，以便综合反映了混凝土试样应力分布的整体状态，为后续等级方案的制定提供了可靠依据。

Description

一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置

技术领域

本发明涉及混凝土的技术领域，具体为一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置。

背景技术

在建筑工程中，混凝土结构的稳定性和安全性是至关重要的，其涉及到从建筑物和桥梁到道路和基础设施的各种结构，在面对混凝土试样表面施加应力的均匀性的问题上，在混凝土结构的使用和加载过程中，表面应力分布的均匀性直接影响结构的稳定性和性能。因此，精确而全面地了解混凝土试样表面的应力分布，成为确保结构安全的前提。

在现有技术中，往往忽略了对混凝土试样表面应力均匀性状态进行评估与考虑，而这直接关系到混凝土结构在实际使用中的安全性。此外，传统的手动检测方法通常耗时耗力，且难以实时获取准确的应力分布信息。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，解决了上述背景技术中的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，包括方位锁定模块、多功能检测模块、预处理模块、应力分布分析模块以及阈值对比模块；

所述方位锁定模块用于对混凝土试样进行表面和内部进行状态检测，以获取试样状态数据信息，并根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系并标记出坐标原点Oi；

所述多功能检测模块用于在混凝土试样表面安置若干组检测仪器和若干组试验设备，自动检测混凝土试样表面相关应力数据信息和分布变化数据信息，并分析试验设备性能，获取试验设备的弹簧系数Thxs；

所述预处理模块用于将所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息以及所述弹簧系数Thxs均传输至试样状态数据集内，并将试样状态数据集内相关数据信息进行数据预处理，并利用无量纲处理技术，对预处理后的数据进行标准化处理；

所述应力分布分析模块用于将试样状态数据集内相关数据信息进行特征处理，以获取外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、气孔密度Qkmd、裂纹深度lwsd以及负荷施加速率Sjsl，并将外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、气孔密度Qkmd、裂纹深度lwsd以及负荷施加速率Sjsl进行深度分析与计算，获取：多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syyz，并将所述多方应力影响系数Dfyz、所述应力值Ybz以及所述试样状态系数Syyz相关联，经过无量纲处理后，获取分布状态指数Fbzs，所述分布状态指数Fbzs通过以下公式获取：

；

式中，F₁、F₂、F₃、F₄和F₅分别表示为多方应力影响系数Dfyz、试样状态系数Syyz、负荷施加速率Sjsl、弹簧系数Thxs和应力值Ybz的预算比例系数，其中，0.20≤F₁≤0.25，0.22≤F₂≤0.30，0.06≤F₃≤0.10，0.05≤F₄≤0.15，0.10≤F₅≤0.20，且0.65≤F₁+F₂+F₃+F₄+F₅≤1.0，G表示为第一修正常数；

所述阈值对比模块用于预先设置应力分布均匀性阈值Q，并将其与所述分布状态指数Fbzs进行自动化对比分析，以获取分布等级方案报表。

优选的，所述方位锁定模块包括混凝土试样评估单元和建立坐标系单元；

所述混凝土试样评估单元用于预先观测混凝土试样的外观情况，以获取试样状态数据信息，包括混凝土试样的几何形状、尺寸大小、材质类型、表面的气孔密度Qkmd、裂纹深度Lwsd、壁厚Bhz以及整体重量；

所述建立坐标系单元用于根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系，并标记出坐标原点Oi，若混凝土试样的几何形状为对称图形，则选取中心对称线上的对称点为坐标原点Oi。

优选的，所述多功能检测模块包括传感器单元和数据采集单元；

所述传感器单元用于在混凝土试样表面安装若干组检测仪器和若干组试验设备，其中若干组检测仪器包括角度传感器、弹性模量测定仪器、力传感器、超声波传感器以及激光测距仪；并且将若干组试验设备进行统计，获取试验设备在混凝土试样表面的施力接触点数Jcds，以进行多点测量分布情况；

所述数据采集单元用于根据所述传感器单元中的相关传感器对混凝土试样中的所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息进行采集与记录，其中，所述相关应力数据信息包括混凝土试样受力状态下最大和最小的应力值、应力的类型、负荷FZ、力作用的面积Zymj以及在不同坐标轴上的应力分量；

所述分布变化数据信息包括混凝土试样所到外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、泊松比以及应力集中区域。

优选的，所述预处理模块包括数据处理单元和归一化单元；

所述数据处理单元用于利用数据预处理技术，将所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息以及所述弹簧系数Thxs均进行识别和消除错误、异常值或噪音数据信息，并对数据进行特征提取，从其中提取有用的特征数据；

所述归一化单元用于依据无量纲处理技术，将处理后的相关数据信息进行标准化，并使用标准化方法使其具有统一的尺度，其中，标准化方法包括Z-score标准化，将预处理后的相关数据信息转化为均值为0和标准差为1的标准正态分布。

优选的，通过利用云计算技术，进行算法模型训练和分析，以获取：多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syyz，并将所述多方应力影响系数Dfyz、所述应力值Ybz以及所述试样状态系数Syyz相关联，获取分布状态指数Fbzs。

优选的，将所述外部负荷角度Fhxd与所述弹性模量Txml相关联，并经过无量纲处理后，获取多方应力影响系数Dfyz，所述多方应力影响系数Dfyz通过以下公式获取：

；

式中，Jcds表示为施力接触点数，和均表示为预设比例系数，其中，0.25≤≤ 0.58，0.18≤≤0.42，且0.45≤≤1.0，C₁表示为第二修正常数。

优选的，依据所述相关应力数据信息，将所述负荷FZ与所述力作用的面积Zymj相对比，获取应力值Ybz，所述应力值Ybz通过以下公式获取：

；

式中，FZ表示为受到的力，Zymj表示为力作用的面积。

优选的，将所述气孔密度Qkmd与所述壁厚Bhz相关联，并经过无量纲处理后，获取试样状态系数Syyz，所述试样状态系数Syyz通过以下公式获取：

；

式中，Lwsd表示为裂纹深度，h₁和h₂均表示为预设比例系数，其中，0.15≤h₁≤0.49，0.30≤h₂≤0.51，且0.50≤h1+h2≤1.0，C₂表示为第三修正常数。

优选的，所述阈值对比模块包括对比单元和结果反馈单元；

所述对比单元用于将所述分布状态指数Fbzs与所述应力分布均匀性阈值Q进行对比分析，并获取分布等级方案报表，所述分布等级方案报表具体内容如下：

若所述分布状态指数Fbzs高于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＞Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于均匀状态，其力学性能处于合格状态；

若所述分布状态指数Fbzs等于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＝Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于均匀状态，其力学性能处于第一非合格状态；

若所述分布状态指数Fbzs低于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＜Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于非均匀状态，其力学性能处于第二非合格状态。

优选的，所述结果反馈单元用于依据所述对比单元中的所述分布等级方案报表，执行相应的等级策略，具体的执行情况如下：

若混凝土试样的力学性能处于第一非合格状态，则执行第一策略，发送橙色预警灯至后台，此时将进一步优化混凝土配比和浇筑工艺；

若混凝土试样的力学性能处于第一非合格状态，则执行第二策略，发送红色预警灯至后台，此时将调整混凝土搅拌时间、振捣方式或施工工艺，以减少局部应力不均匀性。

（三）有益效果

本发明提供了一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，具备以下有益效果：

（1）预先对混凝土试样的试样状态数据信息进行深度观测，并在三维坐标系中准确标记出坐标原点Oi，为后续的应力分析提供基础；多功能检测模块在混凝土试样表面安置检测仪器和试验设备，实现了对相关应力数据信息和分布变化数据信息的自动检测；应力分布分析模块通过深度分析与计算获取多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syy，通过多维度参数的综合考量，使得对混凝土试样力学性能的评估更加全面和深入，引入分布状态指数Fbzs，以便综合反映了混凝土试样应力分布的整体状态，为后续等级方案的制定提供了可靠依据。总之，该装置通过多维度的数据采集，综合分析混凝土表面状态、应力变化以及多方位的应力，对混凝土试样的力学性能评估分析，为混凝土结构的设计、施工和维护提供了高效可靠的支持，有助于提升结构的安全性和性能。

（2）通过多维度数据信息的采集与分析，获取分布状态指数Fbzs，并将其与应力分布均匀性阈值Q进行对比，从而获取分布等级方案报表，使该装置不仅能够提供准确的分布等级方案，还能够实时预警并自动执行相应的优化和调整措施，为混凝土结构的施工和维护提供了全面的智能支持。

附图说明

图1为本发明一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置框图流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在建筑工程中，混凝土结构的稳定性和安全性是至关重要的，其涉及到从建筑物和桥梁到道路和基础设施的各种结构，在面对混凝土试样表面施加应力的均匀性的问题上，在混凝土结构的使用和加载过程中，表面应力分布的均匀性直接影响结构的稳定性和性能。因此，精确而全面地了解混凝土试样表面的应力分布，成为确保结构安全的前提。

在现有技术中，往往忽略了对混凝土试样表面应力均匀性状态进行评估与考虑，而这直接关系到混凝土结构在实际使用中的安全性。此外，传统的手动检测方法通常耗时耗力，且难以实时获取准确的应力分布信息。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，包括方位锁定模块、多功能检测模块、预处理模块、应力分布分析模块以及阈值对比模块；

所述方位锁定模块用于对混凝土试样进行表面和内部进行状态检测，以获取试样状态数据信息，并根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系并标记出坐标原点Oi；

所述多功能检测模块用于在混凝土试样表面安置若干组检测仪器和若干组试验设备，自动检测混凝土试样表面相关应力数据信息和分布变化数据信息，并分析试验设备性能，获取试验设备的弹簧系数Thxs；

所述预处理模块用于将所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息以及所述弹簧系数Thxs均传输至试样状态数据集内，并将试样状态数据集内相关数据信息进行数据预处理，并利用无量纲处理技术，对预处理后的数据进行标准化处理；

所述应力分布分析模块用于将试样状态数据集内相关数据信息进行特征处理，以获取外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、气孔密度Qkmd、裂纹深度lwsd以及负荷施加速率Sjsl，并将外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、气孔密度Qkmd、裂纹深度lwsd以及负荷施加速率Sjsl进行深度分析与计算，获取：多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syyz，并将所述多方应力影响系数Dfyz、所述应力值Ybz以及所述试样状态系数Syyz相关联，经过无量纲处理后，获取分布状态指数Fbzs，所述分布状态指数Fbzs通过以下公式获取：

；

式中，F₁、F₂、F₃、F₄和F₅分别表示为多方应力影响系数Dfyz、试样状态系数Syyz、负荷施加速率Sjsl、弹簧系数Thxs和应力值Ybz的预算比例系数，其中，0.20≤F₁≤0.25，0.22≤F₂≤0.30，0.06≤F₃≤0.10，0.05≤F₄≤0.15，0.10≤F₅≤0.20，且0.65≤F₁+F₂+F₃+F₄+F₅≤1.0，G表示为第一修正常数；

所述阈值对比模块用于预先设置应力分布均匀性阈值Q，并将其与所述分布状态指数Fbzs进行自动化对比分析，以获取分布等级方案报表。

本装置运行中，通过方位锁定模块，有助于深入了解试样的几何形状，并在三维坐标系中准确标记出坐标原点Oi，为后续的应力分析提供基础；多功能检测模块在混凝土试样表面安置检测仪器和试验设备，实现了对相关应力数据信息和分布变化数据信息的自动检测；应力分布分析模块通过深度分析与计算获取多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syy，通过多维度参数的综合考量，使得对混凝土试样力学性能的评估更加全面和深入，阈值对比模块预先设置应力分布均匀性阈值Q，并将其与分布状态指数Fbzs进行自动化对比分析，从而获取分布等级方案报表，有助于装置在实际应用中迅速了解混凝土试样的力学性能等级。

实施例2

请参照图1，具体的：所述方位锁定模块包括混凝土试样评估单元和建立坐标系单元；

所述混凝土试样评估单元用于预先观测混凝土试样的外观情况，以获取试样状态数据信息，包括混凝土试样的几何形状、尺寸大小、材质类型、表面的气孔密度Qkmd、裂纹深度Lwsd、壁厚Bhz以及整体重量；

所述建立坐标系单元用于根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系，并标记出坐标原点Oi，若混凝土试样的几何形状为对称图形，则选取中心对称线上的对称点为坐标原点Oi。

所述多功能检测模块包括传感器单元和数据采集单元；

所述传感器单元用于在混凝土试样表面安装若干组检测仪器和若干组试验设备，其中若干组检测仪器包括角度传感器、弹性模量测定仪器、力传感器、超声波传感器以及激光测距仪；并且将若干组试验设备进行统计，获取试验设备在混凝土试样表面的施力接触点数Jcds，以进行多点测量分布情况；

所述数据采集单元用于根据所述传感器单元中的相关传感器对混凝土试样中的所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息进行采集与记录，其中，所述相关应力数据信息包括混凝土试样受力状态下最大和最小的应力值、应力的类型、负荷FZ、力作用的面积Zymj以及在不同坐标轴上的应力分量；

所述分布变化数据信息包括混凝土试样所到外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、泊松比以及应力集中区域。

本实施例中，通过对预先观测混凝土试样的外观情况进行观测，获取了试样状态数据信息，以便后续的应力分析和多功能检测提供了详实的基础，有助于更准确地了解混凝土试样的特征和性质。同时根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系，若混凝土试样为对称图形，则选取中心对称线上的对称点为坐标原点Oi，通过这种方式，系统能够根据试样的具体形状灵活地建立坐标系，有助于后续的多方面分析和精准的数据定位。多点测量使得数据更加全面和准确，有助于捕捉混凝土试样表面应力的细节变化，为深度分析提供更为丰富的信息。通过数据采集单元以便对试样状态数据信息、相关应力数据信息、分布变化数据信息进行采集。

实施例3

请参照图1，具体的：所述预处理模块包括数据处理单元和归一化单元；

所述数据处理单元用于利用数据预处理技术，将所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息以及所述弹簧系数Thxs均进行识别和消除错误、异常值或噪音数据信息，并对数据进行特征提取，从其中提取有用的特征数据；

所述归一化单元用于依据无量纲处理技术，将处理后的相关数据信息进行标准化，并使用标准化方法使其具有统一的尺度，其中，标准化方法包括Z-score标准化，将预处理后的相关数据信息转化为均值为0和标准差为1的标准正态分布。

实施例4

请参照图1，具体的：通过利用云计算技术，进行算法模型训练和分析，以获取：多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syyz，并将所述多方应力影响系数Dfyz、所述应力值Ybz以及所述试样状态系数Syyz相关联，获取分布状态指数Fbzs。

将所述外部负荷角度Fhxd与所述弹性模量Txml相关联，并经过无量纲处理后，获取多方应力影响系数Dfyz，所述多方应力影响系数Dfyz通过以下公式获取：

；

式中，Jcds表示为施力接触点数，和均表示为预设比例系数，其中，0.25≤≤ 0.58，0.18≤≤0.42，且0.45≤≤1.0，C₁表示为第二修正常数。

上述的外部负荷角度Fhxd通过角度传感器或者倾斜传感器进行采集获取；

所述弹性模量Txml通过弹性模量测定仪器进行采集获取；

施力接触点数Jcds是根据试验设备的数量进行确定，即试验设备数量与施力接触点数Jcds相同；

依据所述相关应力数据信息，将所述负荷FZ与所述力作用的面积Zymj相对比，获取应力值Ybz，所述应力值Ybz通过以下公式获取：

；

式中，FZ表示为负荷，Zymj表示为力作用的面积。

上述的负荷FZ通过力传感器进行采集获取；

所述力作用的面积Zymj通过压力传感器进行采集获取，通过测量作用在传感器上的压力或力，计算出作用面积。

将所述气孔密度Qkmd与所述壁厚Bhz相关联，并经过无量纲处理后，获取试样状态系数Syyz，所述试样状态系数Syyz通过以下公式获取：

；

式中，Lwsd表示为裂纹深度，h₁和h₂均表示为预设比例系数，其中，0.15≤h₁≤0.49，0.30≤h₂≤0.51，且0.50≤h1+h2≤1.0，C₂表示为第三修正常数。

上述的气孔密度Qkmd通过超声波传感器进行采集获取，

所述壁厚Bhz指的是混凝土试样的壁厚值，并通过激光测距仪进行采集获取；

裂纹深度Lwsd通过激光传感器进行监测获取；

本实施例中，云计算技术的应用使得算法模型的训练和分析能够高效和迅速地完成，提高了数据处理的速度和准确性。应力值Ybz的准确获取有助于更精确地评估混凝土试样的受力状态，为结构安全性的评估提供了重要数据支持。试样状态系数Syyz的计算结合了气孔密度Qkmd和壁厚Bhz等关键参数，为混凝土试样状态的全面评估提供了有效手段。

实施例5

请参照图1，具体的：所述阈值对比模块包括对比单元和结果反馈单元；

所述对比单元用于将所述分布状态指数Fbzs与所述应力分布均匀性阈值Q进行对比分析，并获取分布等级方案报表，所述分布等级方案报表具体内容如下：

若所述分布状态指数Fbzs高于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＞Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于均匀状态，其力学性能处于合格状态；

若所述分布状态指数Fbzs等于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＝Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于均匀状态，其力学性能处于第一非合格状态；

若所述分布状态指数Fbzs低于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＜Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于非均匀状态，其力学性能处于第二非合格状态。

所述结果反馈单元用于依据所述对比单元中的所述分布等级方案报表，执行相应的等级策略，具体的执行情况如下：

若混凝土试样的力学性能处于第一非合格状态，则执行第一策略，发送橙色预警灯至后台，此时将进一步优化混凝土配比和浇筑工艺；

若混凝土试样的力学性能处于第一非合格状态，则执行第二策略，发送红色预警灯至后台，此时将调整混凝土搅拌时间、振捣方式或施工工艺，以减少局部应力不均匀性。

当混凝土试样力学性能处于异常状态时，系统通过发送橙色或红色预警灯至后台，实现实时的预警机制。

本实施例中，对比单元将分布状态指数Fbzs与应力分布均匀性阈值Q进行对比分析，生成分布等级方案报表。报表内容包括描述当前混凝土试样表面应力分布状态的具体等级，对应均匀状态、第一非合格状态和第二非合格状态，生成自动化的分布等级方案报表，使得对混凝土试样力学性能的评估更加直观和明确，提供便捷的决策依据。结果反馈单元根据对比单元生成的分布等级方案报表，自动执行相应的等级策略，自动执行等级策略，无需人工干预，提高了系统的智能化和响应速度，保证了对混凝土试样力学性能的及时调整和控制。实时预警有助于工程人员及时了解混凝土试样的状态，采取相应的措施，从而最大程度地保障混凝土结构的安全性和稳定性。依据等级策略的执行情况，系统可进行灵活的优化和调整，如调整混凝土配比、浇筑工艺、搅拌时间、振捣方式或施工工艺等。灵活的优化和调整措施使得系统具有适应性，能够根据具体情况灵活应对，保障混凝土试样的力学性能得到最佳表现。

示例：一个某某建筑工程，该建筑工程引入了一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，以下是为某某建筑工程的示例：

数据采集：外部负荷角度Fhxd为62；弹性模量Txml为12；施力接触点数Jcds为5； 为0.30；为0.22；C₁为0.63；负荷FZ为40；力作用的面积Zymj为6；气孔密度Qkmd为11.1；壁 厚Bhz为5.3；裂纹深度Lwsd为0.5；h₁为0.26；h₂为0.32；C₂为0.79；F₁为0.22；F₂为0.25；F₃为 0.06；F₄为0.6；F₅为0.11；G为；弹簧系数Thxs为3.3；负荷施加速率Sjsl为1.5；

通过以上数据，可以进行以下计算：

多方应力影响系数=560；

应力值=6.67；

试样状态系数=40；

分布状态指数=13；

若预先设置应力分布均匀性阈值Q为15，则分布状态指数Fbzs低于所述应力分布均匀性阈值Q，即Fbzs＜Q，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于非均匀状态，其力学性能处于第二非合格状态，并则执行第二策略，发送红色预警灯至后台，此时将调整混凝土搅拌时间、振捣方式或施工工艺，以减少局部应力不均匀性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：包括方位锁定模块、多功能检测模块、预处理模块、应力分布分析模块以及阈值对比模块；

所述方位锁定模块用于对混凝土试样进行表面和内部进行状态检测，以获取试样状态数据信息，并根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系并标记出坐标原点Oi；

所述多功能检测模块用于在混凝土试样表面安置若干组检测仪器和若干组试验设备，自动检测混凝土试样表面相关应力数据信息和分布变化数据信息，并分析试验设备性能，获取试验设备的弹簧系数Thxs；

所述多功能检测模块包括传感器单元和数据采集单元；

所述传感器单元用于在混凝土试样表面安装若干组检测仪器和若干组试验设备，其中若干组检测仪器包括角度传感器、弹性模量测定仪器、力传感器、超声波传感器以及激光测距仪；并且将若干组试验设备进行统计，获取试验设备在混凝土试样表面的施力接触点数Jcds，以进行多点测量分布情况；

所述数据采集单元用于根据所述传感器单元中的相关传感器对混凝土试样中的所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息进行采集与记录，其中，所述相关应力数据信息包括混凝土试样受力状态下最大和最小的应力值、应力的类型、负荷FZ、力作用的面积Zymj以及在不同坐标轴上的应力分量；

所述分布变化数据信息包括混凝土试样所到外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、泊松比以及应力集中区域；

所述预处理模块用于将所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息以及所述弹簧系数Thxs均传输至试样状态数据集内，并将试样状态数据集内相关数据信息进行数据预处理，并利用无量纲处理技术，对预处理后的数据进行标准化处理；

所述应力分布分析模块用于将试样状态数据集内相关数据信息进行特征处理，以获取外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、气孔密度Qkmd、裂纹深度lwsd以及负荷施加速率Sjsl，并将外部负荷角度Fhxd、弹性模量Txml、气孔密度Qkmd、裂纹深度lwsd以及负荷施加速率Sjsl进行深度分析与计算，获取：多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syyz，并将所述多方应力影响系数Dfyz、所述应力值Ybz以及所述试样状态系数Syyz相关联，经过无量纲处理后，获取分布状态指数Fbzs，所述分布状态指数Fbzs通过以下公式获取：

；

式中，F₁、F₂、F₃、F₄和F₅分别表示为多方应力影响系数Dfyz、试样状态系数Syyz、负荷施加速率Sjsl、弹簧系数Thxs和应力值Ybz的预设比例系数，G表示为第一修正常数；

所述阈值对比模块用于预先设置应力分布均匀性阈值Q，并将其与所述分布状态指数Fbzs进行自动化对比分析，以获取分布等级方案报表。

2.根据权利要求1所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：所述方位锁定模块包括混凝土试样评估单元和建立坐标系单元；

所述混凝土试样评估单元用于预先观测混凝土试样的外观情况，以获取试样状态数据信息，包括混凝土试样的几何形状、尺寸大小、材质类型、表面的气孔密度Qkmd、裂纹深度Lwsd、壁厚Bhz以及整体重量；

所述建立坐标系单元用于根据混凝土试样的几何形状，确定三维坐标系，并标记出坐标原点Oi，若混凝土试样的几何形状为对称图形，则选取中心对称线上的对称点为坐标原点Oi。

3.根据权利要求1所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：所述预处理模块包括数据处理单元和归一化单元；

所述数据处理单元用于利用数据预处理技术，将所述试样状态数据信息、所述相关应力数据信息、所述分布变化数据信息以及所述弹簧系数Thxs均进行识别和消除错误、异常值或噪音数据信息，并对数据进行特征提取，从其中提取有用的特征数据；

所述归一化单元用于依据无量纲处理技术，将处理后的相关数据信息进行标准化，并使用标准化方法使其具有统一的尺度，其中，标准化方法包括Z-score标准化，将预处理后的相关数据信息转化为均值为0和标准差为1的标准正态分布。

4.根据权利要求3所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：通过利用云计算技术，进行算法模型训练和分析，以获取：多方应力影响系数Dfyz、应力值Ybz以及试样状态系数Syyz，并将所述多方应力影响系数Dfyz、所述应力值Ybz以及所述试样状态系数Syyz相关联，获取分布状态指数Fbzs。

5.根据权利要求4所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：将所述外部负荷角度Fhxd与所述弹性模量Txml相关联，并经过无量纲处理后，获取多方应力影响系数Dfyz，所述多方应力影响系数Dfyz通过以下公式获取：

；

式中，Jcds表示为施力接触点数，和/>均表示为预设比例系数，其中，0.25≤/>≤0.58，0.18≤/>≤0.42，且0.45≤/>≤1.0，C₁表示为第二修正常数。

6.根据权利要求5所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：依据所述相关应力数据信息，将所述负荷FZ与所述力作用的面积Zymj相对比，获取应力值Ybz，所述应力值Ybz通过以下公式获取：

；

式中，FZ表示为受到的力，Zymj表示为力作用的面积。

7.根据权利要求6所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：将所述气孔密度Qkmd与壁厚Bhz相关联，并经过无量纲处理后，获取试样状态系数Syyz，所述试样状态系数Syyz通过以下公式获取：

；

式中，Lwsd表示为裂纹深度，h₁和h₂均表示为预设比例系数，其中，0.15≤h₁≤0.49，0.30≤h₂≤0.51，且0.50≤h1+h2≤1.0，C₂表示为第三修正常数。

8.根据权利要求7所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：所述阈值对比模块包括对比单元和结果反馈单元；

所述对比单元用于将所述分布状态指数Fbzs与所述应力分布均匀性阈值Q进行对比分析，并获取分布等级方案报表，所述分布等级方案报表具体内容如下：

若所述分布状态指数Fbzs高于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＞Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于均匀状态，其力学性能处于合格状态；

若所述分布状态指数Fbzs等于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＝Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于均匀状态，其力学性能处于第一非合格状态；

若所述分布状态指数Fbzs低于所述应力分布均匀性阈值Q时，即Fbzs＜Q时，表示为当前的混凝土试样表面的应力分布处于非均匀状态，其力学性能处于第二非合格状态。

9.根据权利要求8所述的一种多功能混凝土试样表面应力自动化采集装置，其特征在于：所述结果反馈单元用于依据所述对比单元中的所述分布等级方案报表，执行相应的等级策略，具体的执行情况如下：

若混凝土试样的力学性能处于第一非合格状态，则执行第一策略，发送橙色预警灯至后台，此时将进一步优化混凝土配比和浇筑工艺；

若混凝土试样的力学性能处于第一非合格状态，则执行第二策略，发送红色预警灯至后台，此时将调整混凝土搅拌时间、振捣方式或施工工艺，以减少局部应力不均匀性。