[发明专利]一种尺寸效应试验装置组的分级方法

说明书

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种尺寸效应试验装置组的分级方法，适用于研究一组尺寸试样需要测试最大最小载荷比很大的情况下对试验装置组进行分级设计的方法。

背景技术

许多材料会存在尺寸效应，即随着结构面尺寸的增大，其力学性能存在一定的变化趋势，为了得到该多尺度材料模型力学性能的变化需要对从小到大的系列尺度试样进行相关力学试验，目前尚没有结构面抗剪强度尺寸效应试验装置分级方法。比如要得到岩体结构面抗剪强度的稳定值，需开展一定尺度范围的系列尺寸结构面试样的直剪试验，取n个离散试样尺寸的结构面试样进行直剪试验，每个试样尺寸分别有m级荷载要求，如表1所示，每个尺度试样的每一个载荷级别中都对应一定的载荷值。一般情况下，每一荷载级别之间存在一定的载荷关系，比如线性关系。每个尺度试样具有最大与最小的加载力，一组尺度试样形成的载荷范围会很大。

表1  尺度试样与载荷级别对应表

在进行多尺度试样的测试中，为避免机械等原因导致系统误差的不同和价格因素，尽可能用一台试验装置来满足全部多尺度试样的一系列载荷都在一定精度范围内。但是，一般当最大和最小载荷相除得到的载荷比达到100以上时，无法再用一台试验装置实现所有载荷的测试，这是因为每一级测控系统包含的控制系统、测力系统和加载系统的误差构成了一个总体精度和有效载荷范围。有效载荷范围涉及相对误差值、抗干扰性、动态稳定性等因素的影响。一般情况下，在小于满量程的1%以内的相对误差增长很快，如图1所示。为此需要对试验装置进行合理分级实现多尺度试样一系列载荷的加载。

综上所述，对于载荷比大于100以上载荷范围的测力系统需要通过对试验装置进行分级实现试验要求。分级过程中还需要考虑到分级成本、可操作性、载荷验证等问题。为此，合理的设计出一种试验装置组分级方法满足载荷比大于100以上载荷范围的尺度试样的测试成为关键问题。

发明内容

为了克服现有的多台试验装置产生的系统误差大、试验设备成本高、所占用的试验空间大、实验室场地的利用率低、可操作性差等不足，本发明提供了一种实现结构面抗剪强度尺寸效应试验装置分级、可靠性良好的尺寸效应试验装置组的分级方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种尺寸效应试验装置组的分级方法，所述分级方法包括如下步骤：

1）由尺度试样与载荷级别对应表得到试验的最小载荷为F₁₁，最大载荷为F_nm，载荷范围：F₁₁～F_nm，以最大载荷值F_nm为参考确定量程F₁和精度等级，F₁≥F_nm；

公认的量程最小载荷值为量程有效范围的最小值F_11min，同时令测力系统的精度为x%，试样测试的载荷最大相对误差值为y%。得到最小载荷值F_12min，其中，F_12min=x%×F₁/y%；

2）第一级载荷范围确定：公认的量程最小载荷值F_11min和以相对误差值算出的最小载荷值F_12min进行比较，如果F_11min<F_12min,以F_12min作为这一级的最小载荷；如果F_11min>F_12min，以F_11min作为这一级的最小载荷，这一级为最大型控制系统的级别，定义为第一级；

3）第二级载荷范围确定：以第一级选定的最小载荷值为参考，确定第二级最大载荷值F_2max，其中F_2max>最小载荷值，此时F_2max与F_11min之间的载荷差就是第一级和第二级用来验证的载荷重叠区，通过载荷重叠区设置载荷比例，任意两级间的比例以此作为参考；

根据第二级得到的最大值F_2max来确定第二级的量程和精度等级，并确认该测力系统的公认量程最小载荷值F_21min，确定以试样精度为要求的同一个相对误差值，通过量程最大值算出最小载荷F_22min；