[发明专利]一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法

说明书

本发明提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法。该装置包括：水平仪，用于放置实验盒；设置在水平仪上的激光器，用于在相机拍摄前打开激光，使激光面与实验盒内壁重合；设置在水平仪一侧的压力试验机，用于向实验盒内的颗粒施加依次增大的压力或者施加依次减小的压力；连接水平仪的相机，相机用于拍摄颗粒的图像；所述水平仪、激光器、压力试验机和相机均与计算机连接；计算机用于根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。

技术领域

本发明属于细微观领域，具体涉及一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

颗粒间力的传播路径(即力链)，决定着颗粒物质宏观及微观的力学性质。近年来，研究人员通过各种方法对颗粒受力进行研究。Sanfratello研究了二维光弹颗粒体系中力链长度的分布，并得到力链的长度随施加力的变化呈指数衰减的规律。Young-Hoon Jung使用光弹性测量技术对二维颗粒中的受力情况及力的传递过程可视化，并且对力的大小进行定量测量。Tordesillas用离散元模拟方法对二维颗粒材料的受力及变形情况进行了研究，得到：颗粒内部的力链屈曲会引起颗粒宏观上的剪胀现象。苗天德采用铝塑板技术和复写纸技术相结合，通过实验详细研究了球形颗粒堆积体在不同六角密排的情况下受集中力时，底部力分布的形状、特点以及形成的原因；根据力的传递模型，对多种排列形式的颗粒堆积体的传递力的情形进行了分析，定义了主要力链和非主要力链并对主要力链进行深入的研究，对晶体底部受力区域最外层钢珠的受力情况进行了解释。杨荣伟等借助光弹实验手段和数字图像处理方法，通过研制的直剪仪，初步探讨了两种混合直径颗粒光弹材料在二维直剪作用下，颗粒几何结构和平均强度力链分布之间的关系。利用DIC对来处理光弹实验的结果，研究了颗粒材料的平均受力的特点，并对平均强度力链的方向分布做了进一步阐述。孙其诚、王光谦等从接触力、能量分布和接触网络结构特点出发，采用严格的球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论，通过模拟试验研究了颗粒物质受力时的性质，提出颗粒物质具有多尺度特性，并对颗粒物质的宏观、细观和微观尺度上的规律做了统计分析；提出了颗粒间关于强力链的大小和角度的判据，对压入试验中的力链演变规律及其长度的分布现象进行了研究。

可见，目前对于颗粒体系力链的研究大多数都还处在二维层面，缺少对第三个维度即材料内部的研究。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种识别三维颗粒体系力链的装置及方法，本发明通过层析法集合折射率匹配，实现对三维颗粒体系内部力链传递的研究。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的装置。

一种识别三维颗粒体系内部力链的装置，包括：

水平仪，用于放置实验盒；设置在水平仪上的激光器，用于在相机拍摄前打开激光，使激光面与实验盒内壁重合；

设置在水平仪一侧的压力试验机，用于向实验盒内的颗粒施加依次增大的压力或者施加依次减小的压力；

连接水平仪的相机，相机用于拍摄颗粒的图像；

所述水平仪、激光器、压力试验机和相机均与计算机连接；计算机用于根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。

第二个方面，本发明提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的方法。

一种识别三维颗粒体系内部力链的方法，采用第一个方面所述的识别三维颗粒体系内部力链的方法，包括：

将调试颗粒放入实验盒，调配蔗糖溶液，并将蔗糖溶液注入实验盒中；

不断改变实验盒中蔗糖溶液的浓度，直到蔗糖溶液的折射率与调试颗粒的折射率相同；