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专利号: 2021105556540
申请人: 西安理工大学
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:

1.一种湿颗粒间液桥拉伸‑压缩力学性能试验仪的试验方法,其特征在于,包括:

1).试验仪的初始设置,将待测试的上下颗粒分别安装于试验仪中,并调整到位,实时监控;

2).进行如下两种试验:

A.控制液桥体积的液桥试验,先将液体注入液桥体积控制器中,控制系统控制液桥体积控制器向管路内注入液体,经液桥体积控制器的排气阀排出气体,随后关闭液桥体积控制器的排气阀,通过与液桥体积控制器连通的管路向上支座内注入液体并将上颗粒孔和上支座内内的气体排除;通过控制系统设定液体体积,控制液桥体积控制器向上颗粒注射液体;

B.控制基质吸力的液桥试验,向烧杯中倒入液体,液体充分流入管路中以后,打开对应的截止阀,使液体流入量筒中;再打开与上支座连通的管路中的截止阀,使液体流入上支座后,将上支座的排气阀打开,排除上支座内气体,防止试验中产生气泡,随后关闭排气阀;用升降台调节烧杯高度,液体随之从上颗粒流出形成液桥,根据烧杯液面与形成液桥中心截面的高差控制基质吸力;

3).通过控制系统设定液桥试验类型:A.液桥拉伸试验,通过控制系统控制拉压装置向下移动上支座,使上、下颗粒相互靠近形成液桥,并靠近至将接触未接触状态,设定拉伸速率,数据采集与图像处理系统记录高精度天平的实时数据和液桥拉伸全过程的位移数据和视频图像,通过控制系统开始拉伸至液桥断裂后停止,通过数据采集与图像处理系统对数据和图像进行处理;

B液桥压缩试验,先进行液桥拉伸试验步骤获得液桥拉伸初始位置和即将断裂的终点位置,通过控制系统将液桥拉伸初始位置和即将断裂的终点位置分别设定为液桥压缩试验的终点位置和初始位置,设定拉伸速率,数据采集与图像处理系统记录高精度天平的实时数据和液桥压缩全过程的位移数据和视频图像,通过控制系统开始试验,使上颗粒由上之下移动压缩液桥,使颗粒相互靠近,通过数据采集与图像处理系统对数据和图像进行处理;

C.液桥拉伸‑压缩循环试验,先进行液桥拉伸试验步骤获得液桥拉伸初始位置和即将断裂的终点位置,通过控制系统将液桥拉伸初始位置和即将断裂的终点位置分别设定为液桥压缩试验的初始位置和终点位置,通过控制系统控制拉压装置向下移动上支座,使上、下颗粒相互靠近形成液桥,并靠近至将接触未接触状态,设定拉伸速率、循环次数,数据采集与图像处理系统记录高精度天平的实时数据和液桥拉伸‑压缩全过程的位移数据和视频图像,通过控制系统开始试验,使上颗粒循环移动,拉伸‑压缩循环交替进行,通过数据采集与图像处理系统对数据和图像进行处理。

2.根据权利要求1所述的试验方法,其特征在于,所述步骤1)中,将控制系统、数据采集与图像处理系统打开,高精度天平数值归零,调节数据采集与图像处理系统显示的视频图像;将上颗粒和下颗粒分别安装于上支座和下支座上,上颗粒有开孔,下支座置于高精度天平上,上支座与位置调节装置连接;

启动第二步进电机,第二步进电机驱动第二丝杠旋转,第二丝杠旋转带动第二丝母旋转,从而带动固定于上的拉杆进行上、下移动,调节颗粒的间距;旋转第一旋钮带动第一齿轮旋转,第一齿轮旋转带动相互啮合的第一齿条在槽内前、后运动;旋转第二旋钮带动第二齿轮旋转,第二齿轮旋转带动相互啮合的第二齿条在槽内左、右运动,从而带动固定于第二齿条的上支座进行前后、左右位置的调节包括第一旋钮、第二旋钮和两组相互啮合的齿轮、齿条;在调节颗粒的间距和上支座前后、左右位置的过程中,根据数据采集与图像处理系统进行实时监控。

3.根据权利要求1所述的试验方法,其特征在于,所述数据和图像进行处理包括液桥毛细力的计算和图像处理。

4.根据权利要求3所述的试验方法,其特征在于,液桥毛细力的计算方法为:在形成液桥前记录在高精度天平上放置下支座和下颗粒的示数 ,液桥形成后,在液桥拉伸、压缩、拉伸‑压缩循环试验过程中,记录高精度天平的示数 ,毛细力 为公式(1):                    (1)。

5.根据权利要求3所述的试验方法,其特征在于,液桥图像的处理方法如下:先利用第一、第二工业电子显微镜获取液桥断裂过程中颗粒不同位置的高清图片,将其导入Image J软件进行二值化处理,提高图片的清晰度至液桥与颗粒轮廓鲜明、易辨别,以便于利用AutoCAD软件绘制出颗粒轮廓线与液桥轮廓线,对颗粒进行定位以确定圆心,测量图中颗粒半径,结合颗粒实际半径以确定图片比例尺;在确定液桥轮廓后,利用最小二乘法用圆逼近液桥的轮廓,通过吻合度选出最优圆,再配合图片比例尺计算弯液面的曲率半径;利用最小二乘法用圆逼近液桥轮廓线,连接左右最优圆圆心,并配合图片比例尺得到液桥最窄颈部截面,从而可计算其最窄颈部半径。

6.根据权利要求1所述的试验方法,其特征在于,上、下颗粒及液体选取的原则:颗粒选取物性为土壤或沙粒的钠钙玻璃抛光圆球,直径范围为2 5mm;在进行小体积液~

桥试验时,为模拟工程实际情况,液桥选取水进行试验;当进行大体积液桥试验时,液桥选取丙三醇进行试验,丙三醇的具体指标为:25ºC时,黏度为800mPa·s,表面张力为61.9mN/m,相对密度为1.255。