CN113009180A - 一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置及方法，通过在离心机吊篮上放置测试装置，测试装置在靠近底面板处布置孔压传感器，通过不同位置布置的孔压传感器，测量同一底面位置处不同位置的孔压，再通过布置的相机观察不同位置处的液面变化，本发明通过对受力进行分析，并对公式进行推导，直接通过计算不同位置的孔隙水压力差ΔP及液面高度差Δh，结合液体密度ρ，即可得到吊篮底板各处的加速度差值ΔG_n。通过该方法可以测量离心机吊篮任意位置处的加速度差值，为修正和补偿吊篮底板处实际离心加速的提供一种可靠的方法。

Description

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置及方法

技术领域

本发明属于离心试验技术领域，具体涉及一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置及方法。通过该方法可以测量离心机吊篮任意位置处的加速度差值，为修正和补偿吊篮底板处实际离心加速的提供一种可靠的方法。

背景技术

土工离心机是岩土建筑行业发展必不可少的科研设备，特别是大型土木建筑、水利桥梁建筑大多需要借助土工离心机做一些前期模型试验等。土工离心机是利用大型电机带动吊篮绕着轴承圆周运动，利用离心力来模拟超重力。随着离心机设定加速度G值的增加，离心机的转速不断增加，吊篮向上摆动的角度不断增加。

目前国内大多土工离心机的设定离心机加速度值都是依靠设定电机的转速来实现的，在上位机显示界面上显示实时G值也是依靠测速马达，测得电机转速进而转化得来的。理想状态下，电机的转速是可以反映离心机加速度G值关系的，但现实状况下，地球重力加速度g是时时存在的，吊篮和转臂之间是有一定摩擦系数的，没办法完全理想状况考虑。再者，随时时间的推移，温度的变化，风阻的变化，负载变化带点转臂轴承受到正压力的变化导致都会引起摩擦系数不断变化，因此单单依靠电机转速来反映离心机加速度G值是不可靠的。由于吊篮底板在不同的离心加速度下的倾斜角度的不同，其在重力和离心力的作用下不可能完全垂直于地面，因而吊篮底板各处的加速度差值不可能完全相同，因此对其的精确测量是保证土工离心机试验结果准确的关键因素。

因此，本发明提出一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，通过该方法可以测量离心机吊篮任意位置处的加速度差值，为修正和补偿吊篮底板处实际离心加速的提供一种可靠的方法。

发明内容

针对上述技术方案中存在的问题，本发明提出一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置及方法，通过该方法可以测量离心机吊篮任意位置处的加速度差值。

本发明采取以下技术方案：

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置，所述测试装置固定设于离心机吊篮的底面板上，所述的测试装置包括装置外壳支架、以及设于装置外壳内的底部管路、9个测量管、孔压传感器和相机；所述测量管内装有液体，用于测量离心机吊篮底部不同位置处的液面高度，个测量管内的液体通过底部管路相互连通；所述测量管是透明的，其上刻有测量管刻度线；所述孔压传感器设于测量管底部，可以测量该处的孔压；所述相机用于对测量管内的液面高度进行拍摄。

上述技术方案中，进一步地，所述的外壳支架为轻质支撑支架，其材质为7075铝合金；所述底部管路管路沿着底面板呈“田”字形布置；所述9个测量管布置为3排，每排3个，均匀布置在离心机吊篮的不同位置处。

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，基于上述装置实现，在离心机吊篮的底面板上固定放置测试装置，通过测试装置测得离心机吊篮底部不同位置处的孔隙水压力以及液面高度，计算不同位置的孔隙水压力差ΔP及液面高度差Δh，结合液体密度ρ，即可得到吊篮底板各处的加速度差值

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，具体步骤如下：

1)首先将测试装置放置在离心机吊篮上，并启动离心机加速至指定转速，并保持稳定；

2)通过孔压传感器获得不同位置的孔压值，与此同时获得此处的液面高度值；

3)将第n-1个测量管处作为参考点，其液面高度为h_n-1、孔隙水压力P_n-1；将第n个测量管处作为待测点，其液面高度h_n、孔隙水压力P_n、液体密度ρ，则这两个点的实际加速度差值ΔG_n的计算方法如下；

ΔP＝P_n-P_n-1

Δh＝h_n-h_n-1

故：

因此，可计算出吊篮底板各处的加速度差值ΔG_n。

本发明具有以下优点：

本发明提出一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置及方法，通过该方法可以测量离心机吊篮任意位置处的加速度差值，为修正和补偿吊篮底板处实际离心加速的提供一种可靠的方法。通常计算不同位置的加速度差值需要先测算出每个位置的实际加速度，而本发明通过对受力进行分析，并对公式进行推导，直接通过计算不同位置的孔隙水压力差ΔP及液面高度差Δh，结合液体密度ρ，即可得到吊篮底板各处的加速度差值ΔG_n。

附图说明

图1本发明的装置主示意图；

图2本发明的测试装置俯视图；

图3本发明的测试装置侧视图；

图4模型在超重力状态下受力分析；

其中，离心机吊篮(1)、测试装置(2)、底面板(3)、孔压传感器(4)、相机(5)、装置外壳支架(6)、底部管路(7)、测量管(8)、测量管刻度线(9)。

具体实施方式

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置，所述测试装置2固定设于离心机吊篮1的底面板3上，所述的测试装置2包括装置外壳支架6、以及设于装置外壳6内的底部管路7、9个测量管8、孔压传感器4和相机5；所述测量管8内装有液体，用于测量离心机吊篮1底部不同位置处的液面高度，9个测量管8内的液体通过底部管路7相互连通；所述测量管8是透明的，其上刻有测量管刻度线9；所述孔压传感器4设于测量管9底部，可以测量该处的孔压；所述相机5用于对测量管8内的液面高度进行拍摄。

所述的外壳支架6为轻质支撑支架，其材质为7075铝合金；所述底部管路7管路沿着底面板3呈“田”字形布置；所述9个测量管8布置为3排，每排3个，均匀布置在离心机吊篮1的不同位置处。

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，基于上述装置实现，在离心机吊篮1的底面板3上固定放置测试装置2，通过测试装置2测得离心机吊篮1底部不同位置处的孔隙水压力以及液面高度，进而测算出该位置的实际加速度，再根据获得的不同位置测量得到加速度差值ΔG_n。

对不同位置的受力进行分析，并对公式进行推导发现：计算不同位置的孔隙水压力差ΔP及液面高度差Δh，结合液体密度ρ，即可得到吊篮底板各处的加速度差值ΔG_n，

一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，步骤如下：

1)首先将测试装置2放置在离心机吊篮1上，并启动离心机加速至指定转速，并保持稳定；

2)通过孔压传感器4获得不同位置的孔压值，与此同时获得此处的液面高度值；

3)将第n-1个测量管处作为参考点，其液面高度为h_n-1、孔隙水压力P_n-1；将第n个测量管处作为待测点，其液面高度h_n、孔隙水压力P_n、液体密度ρ，则这两个点的实际加速度差值ΔG_n的计算方法如下：

模型在超重力状态下受力分析如图4所示，其中P_n是模型待测点内部孔隙水压力传感器监测参数，h_n是待测点液面高度，ρ是水的密度，由：

ΔP＝P_n-P_n-1

Δh＝h_n-h_n-1

故：

因此，可计算出吊篮底板各处的加速度差值ΔG_n。

Claims (4)

1.一种可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置，其特征在于，所述测试装置(2)固定设于离心机吊篮(1)的底面板(3)上，所述的测试装置(2)包括装置外壳支架(6)、以及设于装置外壳(6)内的底部管路(7)、9个测量管(8)、孔压传感器(4)和相机(5)；所述测量管(8)内装有液体，用于测量离心机吊篮(1)底部不同位置处的液面高度，9个测量管(8)内的液体通过底部管路(7)相互连通；所述测量管(8)是透明的，其上刻有测量管刻度线(9)；所述孔压传感器(4)设于测量管(9)底部，可以测量该处的孔压；所述相机(5)用于对测量管(8)内的液面高度进行拍摄。

2.根据权利要求1所述的可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的装置，其特征在于，所述的外壳支架(6)为轻质支撑支架，其材质为7075铝合金；所述底部管路(7)管路沿着底面板(3)呈“田”字形布置；所述9个测量管(8)布置为3排，每排3个，均匀布置在离心机吊篮(1)的不同位置处。

3.根据权利要求1所述的可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的装置实现，在离心机吊篮(1)的底面板(3)上固定放置测试装置(2)，通过测试装置(2)测得离心机吊篮(1)底部不同位置处的孔隙水压力以及液面高度，计算不同位置的孔隙水压力差ΔP及液面高度差Δh，结合液体密度ρ，即可得到吊篮底板各处的加速度差值ΔG_n，

4.根据权利要求3所述的可测量离心机吊篮不同位置加速度差值的方法，其特征在于，步骤如下：

1)首先将测试装置(2)放置在离心机吊篮(1)上，并启动离心机加速至指定转速，并保持稳定；

2)通过孔压传感器(4)获得不同位置的孔压值，与此同时获得此处的液面高度值；

3)将第n-1个测量管处作为参考点，其液面高度为h_n-1、孔隙水压力P_n-1；将第n个测量管处作为待测点，其液面高度h_n、孔隙水压力P_n、液体密度ρ，则这两个点的实际加速度差值ΔG_n的计算方法如下；

ΔP＝P_n-P_n-1

Δh＝h_n-h_n-1

故：

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