一种测量软材料应力光学系数的装置、工作方法及方法与流程

1.本发明属于软材料测量技术领域，具体涉及一种测量软材料应力光学系数的装置、工作方法及方法。


背景技术：

2.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。
3.软材料广泛应用于日常生活中，具有重要的实际作用，但是我们对软物质的研究还在初级阶段。软材料的弹性非常强，能够承受大的应变而不会破坏。与硬材料相比较，软材料的线弹性区域很小，在大变形下具有很强的非线性行为。因此，软材料非线性力学行为的描述是过去几十年来力学一个重要的研究方向。
4.光弹实验直接测量软材料大变形下的应力分布情况。光弹性法的主要特点是直观性强，可以获取全场信息，特别是对那些理论计算较为困难，几何形状复杂的构件，光弹性法更能显示出优越性。因此，分析测量软材料内部的真实应力分布具有重要的理论和实际意义。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种测量软材料应力光学系数的装置、工作方法及方法，本发明解决了传统光学测量方法无法对软材料施加集中力的难题，具有结构简单，操作性强，价格低廉且可大批量生产的优势。
6.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
7.第一个方面，本发明提供了一种测量软材料应力光学系数的装置。
8.一种测量软材料应力光学系数的装置，包括：上压头和下压头，所述上压头包括上压头头部尖端和上压头尾部，所述上压头尾部经直线导轨与托盘连接，所述下压头包括下压头头部尖端和下压头尾部，所述下压头尾部与压力传感器连接。
9.进一步的，所述上压头尾部内设有第一钻孔，所述上压头尾部通过所述第一钻孔与所述直线导轨连接。
10.进一步的，所述直线导轨通过直线轴承与加载架连接，所述直线导轨贯穿加载架后，与托盘连接。
11.进一步的，所述下压头尾部内设有第二钻孔，所述下压头尾部通过第二钻孔与所述压力传感器连接。
12.进一步的，所述上压头头部尖端和下压头头部尖端均为三棱柱。
13.进一步的，所述三棱柱剖面的角度为任意锐角。
14.进一步的，所述上压头头部尖端和下压头头部尖端之间设有软材料制成的圆盘试件。
15.第二个方面，本发明提供了一种测量软材料应力光学系数的工作方法。
16.一种测量软材料应力光学系数的工作方法，包括：
17.将软材料制成的圆盘试件安装在第一个方面所述的测量软材料应力光学系数的装置上，调节上压头的高度至上压头头部尖端与圆盘试件接触，使上、下压头与圆盘试件的两个接触点的连线与圆盘试件的直径重合；
18.调整光场和透镜的角度至形成双正交圆偏振光场；
19.在托盘上放置重物；
20.采集对径圆盘试件中心点的等差线条纹级数和压力传感器的数值；
21.基于光源的波长和径向受压圆盘试件的材料条纹值，得到受压圆盘试件材料的应力光学系数。
22.进一步的，所述径向受压圆盘试件的材料条纹值根据压力传感器的数值、对径受压圆盘试件中心点的等差线条纹级数以及圆盘试件的直径确定。
23.第三个方面，本发明提供了一种测量软材料应力光学系数的方法。
24.一种测量软材料应力光学系数的方法，采用第二个方面所述的测量软材料应力光学系数的工作方法，包括：
25.径向受压圆盘试件材料的应力光学系数c：
[0026][0027]
其中，λ为光源波长，λ为径向受压圆盘试件的材料条纹值。
[0028]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0029]
本发明以对径受压圆盘为试件，测定软材料的应力光学系数，装置的压头设计可以保证软材料在变形过程中一直承受集中力的加载状态，装置具有结构简单，操作性强，价格低廉且可大批量生产的优势。
附图说明
[0030]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0031]
图1是本发明的测量软材料应力光学系数的装置的结构图；
[0032]
其中，1、上压头，1
‑
1、上压头头部尖端，1
‑
2、上压头尾部，2、下压头，2
‑
1、下压头头部尖端，2
‑
2、下压头尾部，3、圆盘试件，4、压力传感器，5、直线导轨，6、直线轴承，7、加载架，8、托盘。
具体实施方式：
[0033]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0034]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明
存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0036]
在本发明中，术语如“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
[0037]
本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
[0038]
实施例一
[0039]
本实施例提供了一种测量软材料应力光学系数的装置。
[0040]
一种测量软材料应力光学系数的装置，包括：上压头1和下压头2，所述上压头1包括上压头头部尖端1
‑
1和上压头尾部1
‑
2，所述上压头尾部1
‑
2经直线导轨5与托盘8连接，所述下压头2包括下压头头部尖端2
‑
1和下压头尾部2
‑
2，所述下压头尾部2
‑
2与压力传感器4连接。
[0041]
作为一种或多种实施方式，所述上压头尾部1
‑
2内设有第一钻孔，所述上压头尾部1
‑
2通过所述第一钻孔与所述直线导轨5连接。
[0042]
其中上压头尾部1
‑
2有第一钻孔，上压头尾部1
‑
2通过第一钻孔与直线导轨5连接。直线导轨可以调节上压头1的高度。
[0043]
作为一种或多种实施方式，所述直线导轨5通过直线轴承6与加载架7连接，所述直线导轨5贯穿加载架7后，与托盘8连接。托盘8是可以放置加载重物。
[0044]
作为一种或多种实施方式，所述下压头尾部2
‑
2内设有第二钻孔，所述下压头尾部2
‑
2通过第二钻孔与所述压力传感器4连接。
[0045]
作为一种或多种实施方式，所述上压头头部尖端1
‑
1和下压头头部尖端2
‑
1均为三棱柱。
[0046]
作为一种或多种实施方式，所述三棱柱剖面的角度为任意锐角。其中，上压头1和下压头头部尖端2
‑
1剖面呈三角形，便于施加对径受压的集中力。三角形剖面的顶角角度通常为30
°
、45
°
、60
°
等特殊角，也可以为其他任意锐角。
[0047]
作为一种或多种实施方式，所述上压头头部尖端1
‑
1和下压头头部尖端2
‑
1之间设有软材料制成的圆盘试件3。
[0048]
本实施例针对压头的设计能克服实验过程中软材料变形过大导致的缺陷，控制软材料制成的圆盘对径受压时的集中力加载这一边界条件。
[0049]
具体的工作过程如下：
[0050]
将软材料制成的圆盘试件3安装在装置上，调节上压头1的高度至上压头头部尖端1
‑
1与圆盘试件3接触，使上、下压头与试件的两个接触点的连线与圆盘试件3直径重合。
[0051]
布置所需光场和透镜，调整为双正交圆偏振光场，在托盘8上放置加载重物，观察对径受压圆盘中心点的等差线条纹级数n。
[0052]
已知所采用光源的波长为λ，测量圆盘试件3直径d，由传感器读取施加载荷的大小p。
[0053]
径向受压圆盘的材料条纹值
[0054]
材料的应力光学系数
[0055]
实施例二
[0056]
本实施例提供了一种测量软材料应力光学系数的工作方法。
[0057]
一种测量软材料应力光学系数的工作方法，包括：
[0058]
将软材料制成的圆盘试件3安装在实施例一所述的测量软材料应力光学系数的装置上，调节上压头1的高度至上压头头部尖端1
‑
1与圆盘试件3接触，使上、下压头与圆盘试件3的两个接触点的连线与圆盘试件3的直径重合；
[0059]
调整光场和透镜的角度至形成双正交圆偏振光场；
[0060]
在托盘8上放置重物；
[0061]
采集对径圆盘试件3中心点的等差线条纹级数和压力传感器4的数值；
[0062]
基于光源的波长和径向受压圆盘试件3的材料条纹值，得到受压圆盘试件3材料的应力光学系数。
[0063]
作为一种或多种实施方式，所述径向受压圆盘试件3的材料条纹值根据压力传感器4的数值、对径受压圆盘试件3中心点的等差线条纹级数以及圆盘试件3的直径确定。
[0064]
具体的工作过程如下：
[0065]
将软材料制成的圆盘试件3安装在装置上，调节上压头1的高度至上压头头部尖端1
‑
1与圆盘试件3接触，使上、下压头与试件的两个接触点的连线与圆盘试件3直径重合。
[0066]
布置所需光场和透镜，调整为双正交圆偏振光场，在托盘8上放置加载重物，观察对径受压圆盘中心点的等差线条纹级数n。
[0067]
已知所采用光源的波长为λ，测量圆盘试件3直径d，由传感器读取施加载荷的大小p。
[0068]
径向受压圆盘的材料条纹值
[0069]
材料的应力光学系数
[0070]
实施例三
[0071]
本实施例提供了一种测量软材料应力光学系数的方法。
[0072]
一种测量软材料应力光学系数的方法，采用实施例二所述的测量软材料应力光学系数的工作方法，包括：
[0073]
径向受压圆盘试件3材料的应力光学系数c：
[0074][0075]
其中，λ为光源波长，λ为径向受压圆盘试件3的材料条纹值。
[0076]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。