模型試驗(yàn)的概念
模型試驗(yàn)是將發(fā)生在原型中的力學(xué)過(guò)程,在物理相似條件下,經(jīng)縮小(或放大)后在模型上重演。對(duì)模型中的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、記錄、分析,并根據(jù)相似關(guān)系換算到原型中去,達(dá)到研究原型力學(xué)過(guò)程的目的。其理論基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)相似理論。
相似三定理
第一相似定理
彼此相似的現(xiàn)象,以相似常數(shù)組成的受現(xiàn)象制約的相似指標(biāo)等于1或相同文字組成的相似準(zhǔn)數(shù)為一不變量。
——目的確定相似條件,將方程分析法與量綱分析法統(tǒng)一起來(lái)先解相似準(zhǔn)數(shù),然后求相似條件。
第二相似定理
某一現(xiàn)象各物理量之間的關(guān)系方程式,都可以表示為相似準(zhǔn)數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。
——解決沒(méi)有確定物理方程描述的物理現(xiàn)象相似準(zhǔn)數(shù)求解的方法。
第三相似定理
現(xiàn)象的單值條件相似,并且由單值條件導(dǎo)出來(lái)的相似準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值相等,是現(xiàn)象彼此的充分和必要條件。
——推廣應(yīng)用到與模型現(xiàn)象相似的現(xiàn)象中去。
模型試驗(yàn)的意義
① 模型試驗(yàn)作為一種研究手段,可以嚴(yán)格控制試驗(yàn)對(duì)象的主要參數(shù)而不受外界條件和自然條件的限制,做到結(jié)果準(zhǔn)確。
② 模型試驗(yàn)有利于在復(fù)雜的試驗(yàn)過(guò)程中突出主要矛盾,便于把握、發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。并且有時(shí)可用來(lái)對(duì)原型所得結(jié)論進(jìn)行校驗(yàn)。
③ 由于模型與原型相比,尺寸一般都是按比例縮小的。故制造加工容易,裝拆方便,試驗(yàn)人員少,較之實(shí)物試驗(yàn),能節(jié)省資金、人力和時(shí)間。
④ 模型試驗(yàn)?zāi)茴A(yù)測(cè)尚未建造出來(lái)的實(shí)物對(duì)象或根本不能直接研究的實(shí)物對(duì)象的性能。
⑤ 當(dāng)其它各種分析方法不可能采用時(shí),模型試驗(yàn)就成了現(xiàn)象相似性問(wèn)題的研究手段。
模型試驗(yàn)的應(yīng)用
· 代替大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)或作為大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的輔助試驗(yàn)。
· 作為結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的輔助手段。
· 驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)計(jì)算理論。
目前,相似理論和模型試驗(yàn)方法已用于物理、化學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、氣象、航天等各個(gè)領(lǐng)域,并有著廣泛的應(yīng)用前景。
模型試驗(yàn)的程序
(1) 根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)、目的,選擇模型類型。
按模型試驗(yàn)研究范圍可分為:彈性模型試驗(yàn)、強(qiáng)度模型試驗(yàn)。
按試驗(yàn)?zāi)M的程度分類:斷面模型試驗(yàn)(平面),半整體模型,整體模型試驗(yàn)。
按試驗(yàn)加載方法分類:靜力結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn),動(dòng)力結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn),等等。
(2) 對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行理論分析,用方程分析法或量綱分析法求相似準(zhǔn)則。
(3) 確定幾何相似常數(shù),定出模型的幾何尺寸。
在結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)中,其幾何尺寸的確定需要綜合考慮模型類型、材料、制作條件、加載能力、測(cè)點(diǎn)布置以及設(shè)備條件等,以便確定出一個(gè)優(yōu)化的幾何尺寸。
(4) 根據(jù)相似準(zhǔn)則,計(jì)算各參數(shù)在模型試驗(yàn)中的數(shù)值——模型設(shè)計(jì)。
(5) 繪制模型制造、測(cè)點(diǎn)布置和載荷分置圖。
(6) 安排試驗(yàn)順序。
(7) 進(jìn)行試驗(yàn)和量測(cè)。
(8) 數(shù)據(jù)整理,并把模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到原型上去,或確定試驗(yàn)結(jié)果可以應(yīng)用的條件。
模型試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)
一個(gè)典型的測(cè)試系統(tǒng)主要由如下部分組成:
測(cè)試系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)包括:精度和誤差,穩(wěn)定性,量程,分辯率,傳遞特性等。
特色產(chǎn)品
土工離心機(jī)模型試驗(yàn)系統(tǒng)
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TMR-300小型多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
KPG-PA/KPH-PA 超小型孔隙水壓計(jì) 50~100kPa
KPE-PB 小型孔隙水壓計(jì) 200kPa~2MPa
PDA-PB/PDB-PB 超小型壓力傳感器_土壓計(jì) 50kPa ~ 3MPa
模型樁荷載試驗(yàn)系統(tǒng)
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TDS-540新一代靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀
大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)模型抗震性能評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)
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T-ZACCS 9 TS-960高速·高精度·高性能數(shù)據(jù)記錄儀
DP-G/DP-E 拉線式位移傳感器 500~2000mm,5000mm
BTM/BTMC系列 螺栓應(yīng)變片_螺栓軸力測(cè)量
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)沖擊動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)
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模型試驗(yàn)相關(guān)研究
長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)杠桿加載裝置,通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)測(cè)試基樁穿過(guò)三種高度溶洞時(shí)樁頂豎向荷載作用下的樁身應(yīng)變及樁側(cè)土體豎向荷載作用下的樁身應(yīng)變、水平位移和土壓力,研究樁頂荷載作用下樁身軸力傳遞規(guī)律及樁側(cè)堆載作用下樁身彎矩、水平位移和土壓力變化規(guī)律,并與未穿溶洞樁對(duì)比,為巖溶地區(qū)穿過(guò)不同高度溶洞嵌巖樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)。其中采用日本TML公司TDS-540進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集。
參考文獻(xiàn):周德泉. 溶洞高度影響嵌巖樁軸力傳遞及樁側(cè)超載響應(yīng)試驗(yàn)[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào), 2022(7).
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)基于直墻半圓拱形凍結(jié)壁彈塑性設(shè)計(jì)理論,在實(shí)驗(yàn)室建立了豎直孔和傾斜孔兩種凍結(jié)形式的三維實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,模擬了兩種凍結(jié)形式下凍結(jié)壁處于積極凍結(jié)期、維護(hù)凍結(jié)期及解凍狀態(tài)下的溫度場(chǎng)分布規(guī)律。對(duì)比分析斜井凍結(jié)壁的擴(kuò)展和解凍規(guī)律,分別評(píng)價(jià)兩種形式下凍結(jié)壁的溫度性,為開(kāi)展斜井傾斜孔凍結(jié)工業(yè)性試驗(yàn)提供指導(dǎo)。其中采用日本TML公司TDS-530(現(xiàn)TDS-540)進(jìn)行溫度采集。
參考文獻(xiàn):陳駿. 兩種斜井凍結(jié)方式的溫度場(chǎng)模型實(shí)驗(yàn)研究[J]. 煤炭工程, 2022(4).
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