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专利号: 2013107540256
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置的试验方法,所述的荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置如下:

在底座(1)上设置有敞口隔热容器(12),敞口隔热容器(12)内设置有路面试件(13),路面试件(13)内部设置有光纤温度传感器(11),敞口隔热容器(12)左侧壁设置有耦合器(17),底座(1)上还设置有模拟箱(3),模拟箱(3)内两侧下端设置有加热器(18),模拟箱(3)内两侧顶端设置有日光灯(4),模拟箱(3)内顶部设置有温度传感器(5),模拟箱(3)顶部设置有导轨(9),导轨(9)上设置有支撑架(7),支撑架(7)上设置有配重(6),支撑架(7)下端设置有步进电机(10)和与步进电机(10)相联的轮轴,轮轴上设置位于路面试件(13)表面上的滚轮(8),模拟箱(3)内左侧壁设置有激光器(2),模拟箱(3)外还设置有光谱仪(16)、可编程控制器(15)和计算机(14),步进电机(10)和加热器(18)通过导线与可编程控制器(15)相连,温度传感器(5)、光纤温度传感器(11)通过数据线与光谱仪(16)相连,光谱仪(16)通过数据线与计算机(14)相连,可编程控制器(15)通过导线与计算机(14)相连;

上述的光纤温度传感器(11)的保护套(11-1)内并列设置有温度感应光纤(11-2)和温度受控光纤(11-4),温度受控光纤(11-4)外部设置有控温管(11-3);

其特征在于使用上述荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置的试验方法,包括以下步骤:

采用荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置(以下简称路面耦合温度试验装置)进行实验时,将路面耦合温度试验装置与现有的实验仪器进行测试;

1)应用实验室仪器组标定温度变化值σT

顺序连接激光器(2)、耦合器(17)、路面温度感应光纤(11-2)、温度受控光纤(11-4)、温度传感器(5)、加热器(18)、光谱仪(16)和计算机(14),温度受控光纤(11-4)与路面温度感应光纤(11-2)并列排布,其中温度受控光纤(11-4)置于玻璃水槽中,玻璃水槽中注水并安装加热器(18)和温度传感器(5),加热器(18)连接可编程控制器(15),计算机(14)通过可编程控制器(15)控制加热器(18)电源的接通或断开,温度传感器(5)将接收到玻璃水槽内的温度信号转换成电信号并转换成数字信号输出到计算机(14),打开激光器(2)、耦合器(17)、光谱仪(16),通过光谱仪(16)观察调节耦合器(17)出射光的干涉波纹稳定,计算机(14)通过可编程控制器(15)接通加热器(18)的电源,计算机(14)记录玻璃水槽的温度、加热器(18)的通电时间和电流强度,通过光谱仪(16)将光信号转换成电信号并转换成数字信号输出到计算机(14),计算机(14)按照事先设定的程序进行运算输出波纹的移动数目ΔN,测出玻璃水槽、加热器(18)、水的质量,查出玻璃水槽、加热器(18)、水的比热容,根据热平衡原理,计算温度变化量ΔT;

式中m1为玻璃水槽的质量、m2为加热器(18)的质量、m3为水的质量、c1为玻璃水槽的比热容、c2为加热器(18)的比热容、c3为水的比热容、I为电流强度、R为电阻值、t为加热时间;多次重复测量,测得多组ΔT、ΔN数值,并通过最小二乘法拟合,得到:

2)日光灯(4)保持恒定光源照明,温度传感器(5)测量模拟箱(3)内的温度记录在计算机(14)中,温度低于设定温度时计算机(14)根据事先设定的程序通过可编程控制器(15)接通加热器(18)的电源为模拟箱(3)加热,使模拟箱(3)中保持恒定温度,控温管(11-3)恒定温度使光纤温度传感器(11)中的路面温度感应光纤(11-2)和温度受控光纤(11-4)与模拟箱(3)中温度一致,开启激光器(2)、耦合器(17)和光谱仪(16),通过控温管(11-3)降低温度受控光纤(11-4)的温度直到T0,光谱仪(16)将接收的数据输入计算机(14)并在计算机(14)中计算温度受控光纤(11-4)降温过程中干涉波纹的移动数量ΔN1,并通过计算机(14)计算测试初始无载荷作用下路面温度T原;

T原=T0+σT×ΔN1

3)通过配重(6)向路面试件(13)施加预定荷载,通过计算机(14)记录加载过程中干涉波纹的移动数量ΔN2,通过计算机(14)计算荷载作用下路面温度T加;

T加=T原+σT×ΔN2

加载的滚轮(8)重复碾压100次得到100个T加,求平均值

4)分析实验值与理论值的相对误差,计算公式为:

式中,K1为相对误差、T理论为荷载作用下路面不同深度处的温度;

5)耦合效应的分析评价