[发明专利]测试轴向近似梯度静应力下应力波传播规律的方法及装置

权利要求书

1.一种测试轴向近似梯度静应力下应力波传播规律的装置，其特征是：包括近似梯度静应力加载装置和应力波信号激发及采集部分；

所述的近似梯度静应力加载装置包括平台，固定于平台四角的立柱，在平台的中央设置有基座；在立柱上配有上下滑动的水平框架，水平框架由升降装置驱动；在水平框架的中央设置有矩形框，矩形框的中心与基座中心位于同一铅垂线上；试件直立于基座上，其上端套于矩形框中，顶部布置有激振器；试件自上而下的两组相对侧面上交替安装有加载梁，即在试件上端前后侧面上安装第一级加载梁，紧挨第一级加载梁下边缘的左右侧面上安装第二级加载梁；紧挨第二级加载梁下边缘的前后侧面上安装第三级加载梁，紧挨第三级加载梁下边缘的左右侧面上安装第四级加载梁，以此类推安装所有加载梁；加载梁上对称地布置有加载孔，加载孔上对称地挂有砝码；同时位于试件同一侧面上相邻的下一加载梁的长度短于上一加载梁的加载孔间的距离；在试件的同一侧面上均匀地布置有应变片，另一相邻的试件侧面上均匀地布置有加速度传感器；

所述的加载梁由等边角钢预制而成，两根长度相同的角钢组成一对加载梁，通过螺栓连接夹紧在试件的两相对侧面上，角钢上对称地布置有加载孔；

所述的应力波信号激发及采集部分包括信号发生器、激振器、应变片和加速度传感器、超动态应变仪、示波器和振动采集系统；其中信号发生器控制激振器，超动态应变仪连接到试件侧面上的应变片，振动采集系统连接到试件侧面上的加速度传感器，示波器与超动态应变仪和振动采集系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种测试轴向近似梯度静应力下应力波传播规律的装置，其特征是：加载梁与试件中间加一层橡胶垫，橡胶垫的厚度为2mm～5mm。

3.依据权利要求1所述的装置测试轴向近似梯度静应力下应力波传播规律的方法，其特征是：包括下述步骤：

(1)根据试件尺寸、所需应力梯度选择加载梁尺寸并计算砝码规格和数量；

(2)试件上标注出加载梁、应变片和加速度传感器所在的位置；加载梁交替安装在试件两相对的侧面上，同水平位置的另两个侧面可以布置应变片或加速度传感器；根据加载梁、应变片和加速度传感器的尺寸，用铅笔在试件的侧面上标出矩形框和各级加载梁所在的位置；应变片和加速度传感器分别布置在试件上相邻的两个侧面上，且分别沿着所在试件侧面的轴线均匀布置；

(3)黏贴应变片、加速度传感器和橡胶垫；根据标注出的加载梁、应变片和加速度传感器所在的位置，分别将橡胶垫、应变片和加速度传感器黏贴到各自的位置上；应变片的黏贴方法：用砂纸在已确定好的黏贴应变片的区域，沿着与试件轴线成45°的方向轻轻打磨试件表面，用丙酮溶液擦拭掉被打磨区域的污物，晾干后均匀涂抹一层胶水，最后黏贴应变片，并注意应变片和试件表面间不能有气泡，并检查黏贴是否牢固；加速度传感器的黏贴方法：先在相应区域均匀涂抹厚度为3mm～7mm的石膏，将加速度传感器贴到石膏涂层上，轻轻按压至石膏凝固；在加载梁与试件侧面接触部位加上橡胶垫；

(4)调整水平框架高度固定试件；将试件竖直放在基座的中心位置，启动升降装置调整水平框架的高度，使其中的矩形框正好套在试件的最上端；调节激振器的上下和左右位置，使激振器冲头接触对准试件的轴线方向；接着通过固定升降装置高度来保持水平框架固定；

(5)加载梁和砝码的安装；紧贴矩形框的下边缘，将第一级加载梁水平安装到试件上两相对侧面的已标示区域，调整加载梁的位置，使其与试件的轴线对称布置并且垂直后，固定加载梁，然后在加载梁的对称加载孔上悬挂相应砝码；待第一级加载梁安装和砝码悬挂完毕并稳定后，在另一相对两侧面上，紧贴着第一级加载梁的下边缘，将第二级加载梁安装到试件上，安装加载梁和悬挂砝码方法与第一级加载梁相同；依次交替重复上述步骤，完成所有加载梁的安装和相应砝码的悬挂；

(6)应力波采集；将应变片的引线与超动态应变仪的相应通道连接，加速度传感器的引线与振动采集系统的相应通道连接，示波器与超动态应变仪和振动采集系统连接；接着使超动态应变仪和振动采集系统处于采集触发状态，在信号发生器上设定激励脉冲信号的形式，开启激振器对试件施加脉冲应力波，采集试件不同横截面上的应变波和加速度波；

(7)应力波传播规律分析；利用采集的试件不同横截面上的应变波和加速度波，结合小波理论或小波包理论，分别在时域和频域内对应力波信号进行分析研究，进而得到应力波在具有一定梯度静应力试件中的时空衰减传播规律。