基于光纖光柵的圓柱形試驗(yàn)試件雙向應(yīng)變測(cè)試傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于道路實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，涉及到的是一種將光纖光柵量測(cè)技術(shù)應(yīng)用于瀝青混合料試塊室內(nèi)試驗(yàn);配合試驗(yàn)機(jī)加載，測(cè)量瀝青混合料試件在動(dòng)態(tài)荷載、復(fù)雜加載歷史下的實(shí)時(shí)豎向、側(cè)向(雙向)響應(yīng)，從而獲得相應(yīng)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]本量測(cè)技術(shù)可以滿足里瀝青混合料在規(guī)定溫度、加載方式(靜載、動(dòng)載、復(fù)雜加載)、采樣頻率要求下的豎向、橫向變形(應(yīng)變)測(cè)量的需要，根據(jù)加載波形和加載頻率的不同，可以對(duì)數(shù)據(jù)的采樣頻率進(jìn)行調(diào)節(jié);通過光纖光柵傳感器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算瀝青混合料試件的動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)(包括動(dòng)態(tài)模量E'動(dòng)態(tài)泊松比μ*)。同時(shí)，根據(jù)需要可以在試驗(yàn)中對(duì)復(fù)雜波形加載下混合料試件的變形進(jìn)行全過程的數(shù)據(jù)采集，從而滿足針對(duì)瀝青混合料粘彈力學(xué)特性的研究需要，改善該方面研究試驗(yàn)手段缺乏的困境。
[0003]伴隨我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，高等級(jí)公路的建設(shè)又迎來了一個(gè)新的時(shí)期;特別是在經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大環(huán)境下，各行業(yè)對(duì)交通運(yùn)輸系統(tǒng)提出了新的、更高的要求;突出表現(xiàn)在交通量的增長以及軸載水平的提高。因此，為實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)輸體系的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，必須保證高等級(jí)公路的服務(wù)水平;這就要求針對(duì)新環(huán)境下路面結(jié)構(gòu)功能的需要以及由新變化導(dǎo)致的一系列路面早期損壞現(xiàn)象，進(jìn)行科學(xué)的研究分析，改進(jìn)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法中的不足。因此，提出新的、有效的試驗(yàn)手段及研究方法成為了一種迫切的需要。
[0004]06年頒布的現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)，在應(yīng)用過程中遇到了一些局限;特別是針對(duì)現(xiàn)今最為普遍的高溫、重載作用下路面結(jié)構(gòu)永久變形的控制方面表現(xiàn)不佳。另外，瀝青混合料本身的粘-彈力學(xué)特性也沒能在設(shè)計(jì)方法以及試驗(yàn)規(guī)程中很好的體現(xiàn)。針對(duì)這一點(diǎn)，11年頒布了新的瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG Ε20- 2011)，其主要特點(diǎn)是借鑒了國外一些關(guān)于瀝青混合料動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)，結(jié)合粘彈性理論分析材料在高溫重載下抵抗永久變形的能力。但新的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范卻遲遲沒有頒布，一個(gè)重要的原因是由于針對(duì)新的研究著眼點(diǎn)和新的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要有便于工程應(yīng)用的、有效的量測(cè)手段予以配合，而現(xiàn)有的絕大部分試驗(yàn)方法以經(jīng)驗(yàn)性為主，這就造成了試驗(yàn)指標(biāo)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的結(jié)合遇到了很大的困難。
[0005]在瀝青混合料動(dòng)態(tài)力學(xué)分析成為主流的今天，很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)將動(dòng)態(tài)模量Ε*引入結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行了深入的分析，但是對(duì)于另一個(gè)重要的力學(xué)參數(shù)泊松比μ的分析涉及很少，特別是在動(dòng)態(tài)加載下所表現(xiàn)出的泊松比μ*的量測(cè)和分析幾乎是一片空白；其原因是混合料試件在動(dòng)載下側(cè)向變形的量測(cè)要在控制溫度、加載頻率的情況下實(shí)現(xiàn)全過程的量測(cè)，存在著很多的技術(shù)難點(diǎn)。對(duì)于瀝青混合料，進(jìn)行常規(guī)三軸試驗(yàn)難度很大;現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范僅涉及靜態(tài)泊松比而非動(dòng)態(tài)加載測(cè)量，采用的試驗(yàn)方法為間接拉伸，通過測(cè)量試件某截面橫向、縱向的應(yīng)變，計(jì)算泊松比的代表值。但是，該方法是只考慮一個(gè)平面某一局部的近似方法，本身存在局限，且操作較繁瑣。
[0006]由于圓柱型試件的室內(nèi)試驗(yàn)具有受力形式簡單、清晰，且易于同理論相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，成為材料力學(xué)性質(zhì)研究實(shí)驗(yàn)的首選。另外，光纖光柵元件具有柔韌性好，耐高溫，且數(shù)據(jù)采集頻率高的特點(diǎn)，故可將光纖光柵元件布設(shè)于瀝青混合料試件的圓柱形表面，實(shí)現(xiàn)在指定溫度和頻率下的數(shù)據(jù)采集;因此采用光柵量測(cè)技術(shù)結(jié)合萬能試驗(yàn)機(jī)加載就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載下瀝青混合料豎向、側(cè)向變形響應(yīng)的同時(shí)測(cè)量，從而獲得動(dòng)態(tài)泊松比μ* ；本量測(cè)技術(shù)不僅適用于瀝青混合料，對(duì)于其它圓柱形固體材料試件同樣適用，且試驗(yàn)設(shè)備零件設(shè)計(jì)輕巧、操作簡單并易于應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于光纖光柵高精度應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，同時(shí)測(cè)試圓柱形試驗(yàn)試件豎向、環(huán)向的雙向動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變的傳感器。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:
[0009]基于光纖光柵的圓柱形試驗(yàn)試件雙向應(yīng)變測(cè)試傳感器，同時(shí)測(cè)試圓柱形試驗(yàn)試件豎向和環(huán)向的雙向動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變的傳感器，包括光纖光柵、光纖光柵夾持塊、豎向光纖光柵頂部固定裝置、豎向光纖光柵底部固定裝置和環(huán)向光纖光柵固定裝置;豎向光纖光柵頂部固定裝置包括試件加載上蓋、豎向松緊調(diào)節(jié)螺母和頂部固定擋板;豎向光纖光柵底部固定裝置包括底部固定擋板和試件底座;環(huán)向光纖光柵固定裝置包括松緊調(diào)控螺母和環(huán)向光纖光柵夾具;按照?qǐng)A柱形試驗(yàn)試件的長度，通過光纖光柵夾持塊夾持光纖光柵兩端;環(huán)向光纖光柵經(jīng)環(huán)向光纖光柵固定裝置環(huán)向圍繞固定于圓柱形試驗(yàn)試件環(huán)向橫截面，豎向光纖光柵經(jīng)豎向光纖光柵頂部固定裝置和豎向光纖光柵底部固定裝置固定于圓柱形試驗(yàn)試件豎向外側(cè);將環(huán)向光纖光柵和豎向光纖光柵分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；
[0010]環(huán)向光纖光柵部分:將環(huán)向光纖光柵環(huán)向圍繞于圓柱形試驗(yàn)試件環(huán)向橫截面;通過轉(zhuǎn)動(dòng)松緊調(diào)控螺母減小環(huán)向光纖光柵夾具兩端懸臂的距離，使得環(huán)向光纖光柵兩端伸出的光纖光柵夾持塊嵌于懸臂的兩端，轉(zhuǎn)動(dòng)松緊調(diào)控螺母增大環(huán)向光纖光柵懸臂兩端的距離，使得圍繞于圓柱形試驗(yàn)試件上的環(huán)向光纖光柵被反向拉緊，通過環(huán)向光纖光柵數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)時(shí)控制；
[0011 ]豎向光纖光柵部分:將豎向光纖光柵兩端的光纖光柵夾持塊分別固定于圓柱形試驗(yàn)試件上的頂部固定擋板和底部固定擋板，并通過調(diào)節(jié)頂部固定擋板上的豎向松緊調(diào)節(jié)螺母使得豎向光纖光柵具備預(yù)應(yīng)變，預(yù)應(yīng)變大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)中將要產(chǎn)生的豎向變形總量確定。
[0012]環(huán)向光纖光柵夾具由兩個(gè)重疊可相對(duì)滑動(dòng)的懸臂組成，通過連接處的旋轉(zhuǎn)螺母來調(diào)節(jié)兩懸臂的相對(duì)位置，改變懸臂兩端相對(duì)距離，拉緊所固定環(huán)向光纖光柵。
[0013]光纖光柵夾持塊采用纖維強(qiáng)化塑料(FRP，F(xiàn)iber Reinforced Polymer)、環(huán)氧樹脂材料或焊接金屬制成，豎向光纖光柵頂部固定裝置、豎向光纖光柵底部固定裝置和環(huán)向光纖光柵固定裝置采用金屬或纖維強(qiáng)化塑料制成。
[0014]豎向光纖光柵及環(huán)向光纖光柵的數(shù)量根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行增減，通過改變豎向光纖光柵頂部固定裝置和豎向光纖光柵底部固定裝置的預(yù)留孔數(shù)以及環(huán)向光纖光柵固定裝置的使用數(shù)量實(shí)現(xiàn)。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:該圓柱形試驗(yàn)試件雙向應(yīng)變測(cè)試傳感器通過將光纖光柵固定于圓柱形試驗(yàn)試件的環(huán)側(cè)周圍，調(diào)節(jié)松緊使光柵元件與試件變形一致，從而測(cè)量環(huán)向變形;通過底座和上蓋裝置用以豎向固定