一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法

摘要

一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法，包括以下步骤：步骤1，将岩石试样或煤样加工处理成标准试件，在试件表面中部粘贴应变片测定其轴向应变，并通过材料试验机进行单轴压缩试验，试验结束后将实验数据导入计算机；步骤2，修正轴向应变数据；步骤3，修正试验机位移曲线；步骤4：绘制试件全应力‑应变曲线。材料试验机显示的位移＝试件变形+钢构件变形+液压杆变形，本发明采用电阻应变数据对试验机位移数据进行修正的方法，去掉了钢构件变形和液压杆变形的影响，得到了更为真实的材料试验机位移，即试件变形，为进一步研究试件的变形及破坏特性提供了保证。

权利要求

1.一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法，包括以下步骤：步骤1，将岩石试样或煤样加工处理成标准试件，在试件表面中部粘贴应变片测定其轴向应变，并通过材料试验机进行单轴压缩试验，试验结束后将实验数据导入计算机；

步骤2，修正轴向应变数据：

步骤2.1，根据材料力学中应变＝微小变形/试件长度，将轴向应变数据转化为变形数据，并将该数据命名为轴向应变变形；

步骤2.2，绘制时间‑轴向应变变形曲线；观察曲线，进行相应的修正，具体为：删除突增点或突降点；将已删除的突增点或突降点后仍连续的曲线段下调或上调，与已删除的突增点或突降点前的曲线段连接成光滑的曲线，并命名为轴向应变变形修正曲线；

步骤3，修正试验机位移曲线：

步骤3.1，绘制试验机位移‑试验力的曲线，确定该曲线上的四个阶段点，分别为原点O、直线段起点A、试验力最大峰值点B和试验结束点C；选取曲线上的直线段部分，进行线性拟合找到该直线段与曲线的第一交点，即为点A；四个阶段点将该曲线划分为三段，即OA段、AB段和BC段；并在步骤2修正轴向应变数据后的被更新的原始数据中找到点A和点B两点对应的时间、试验力、试验机位移及轴向应变变形修正值数据；将点A对应的试验机位移数据除以轴向应变变形修正值，得到的数值即点A的倍数；将点B对应的试验机位移数据除以轴向应变变形修正值，得到的数值即点B的倍数；

步骤3.2，试验机位移分段修正：步骤3.2.1，OA段：该区间内的试验机位移数据均除以A点的倍数，得OB段内每个点位移数据的修正值；

步骤3.2.2，AB段：将A点与B点的对应的位移倍数，分别作为等差数列的起点a0和终点an，期间位移数据的个数为等差数列的项数n，计算出数列的公差d；再算得每个等差分项，最后用试验机位移数据分别除以对应的等差分项，得AB段内每个点位移数据的修正值；

步骤3.2.3，BC段：该区间内的试验机位移数据均除以B点的倍数，得B点之后的每个点位移数据的修正值；

步骤3.2.4，汇总OA段、AB段及BC段数据，绘制完整的试验机修正位移曲线；

步骤4：绘制试件全应力‑应变曲线：步骤4.1，根据材料力学中应变＝微小变形/试件长度，将试验机修正位移数据转变为应变数据；根据应力计算公式 将试验力数据转变为应力数据；其中Rc为单轴加载下试件的应力，单位为MPa；P为单轴加载下试件的试验力，单位为kN；F为试件初始承压面2

积，单位为cm；

步骤4.2，绘制试件的全应力‑应变曲线。

说明书

一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩石力学技术领域，具体涉及一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法。

背景技术

[0002] 目前在力学领域，为获得某个材料准确的物理力学特征信息，通常采用电液伺服试验机，进行抗压、抗拉和抗剪三大物理力学试验，测定相关的物理量。

[0003] 部分物理量，如材料刚度、冲击倾向性鉴定中的冲击能指数及弹性能指数等的测定均需要准确、真实的试件受压的位移数据。对于试件受压的位移数据的获取，一般采用用
材料试验机的位移传感器数据、电阻应变数据转化和引伸计测定三种方法。而这三种数据
获取的方法均存在一定的不足之处。

[0004] 市面上部分电液伺服试验机位移传感器的数据存在不足，监测位移变化的传感器布置在试验机的油缸部件附近，通过监测油缸的上升或下降的位移量，确定试件整体的位
移变化情况，而试验机设备的整体钢架也会随着试件受压，产生一定的变形，这部分变形的
产生也会被位移传感器监测并记录。因此所测得的位移数据，不仅仅是试件受载压缩的位
移，还包括液压柱的位移和试验机钢架的变形，这使得该数据比实际的大，存在误差。

[0005] 实验室使用的电阻应变片的规格为120Ω‑20AA或15AA，即电阻值为120Ω，栅格大小为3mm×20mm或3mm×15mm，GB/T 23561.8‑2009。实验时需将其粘贴在试件表面，并通过
采集器进行数据采集。大量实验表明，电阻应变片在实验中会存在局部点的突然增大或者
缩小，突变点后应变片记录数据依旧连续，这说明应变片并未破坏，但是这些点的存在对于
数据处理图像绘制有很大影响，另外在实验末期，即试件达到峰值后会发生突然破坏、应变
片局部脱离甚至整体脱落失效等现象。这些现象在应变(位移)‑时间曲线上表示为出现不
连续的跳动点，也会导致电阻应变片实际对于试件峰后的应变和位移的测量是不符合实际
的。

[0006] 实验室使用的引伸计一般采用弹簧固定试件表面，用于测量试件受载过程中轴向位移和径向位移。但是由于试件的突然破坏经常会对引伸计产生破坏，部分破坏不可逆，因
而引伸计所测数据的准确性无从确定。

发明内容

[0007] 在研究试件与材料试验机受载规律的基础上，本发明的目的在于提供一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法，也是获得试件受压的真实位移的方法。通过材料力学中
应变与位移的关系，将实验室中通用测量材料应变的电阻应变数据转化为位移数据，并以
该数据为衡量标准，对试验机实测位移数据进行修正。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法，包括以下步骤：

[0010] 步骤1，将岩石试样或煤样加工处理成标准试件，在试件表面中部粘贴应变片测定其轴向应变，并通过材料试验机进行单轴压缩试验，试验结束后将实验数据导入计算机；

[0011] 步骤2，修正轴向应变数据：

[0012] 步骤2.1，根据材料力学中应变＝微小变形/试件长度，将轴向应变数据转化为变形数据，并将该数据命名为轴向应变变形；

[0013] 步骤2.2，绘制时间‑轴向应变变形曲线；观察曲线，进行相应的修正，具体为：删除突增点或突降点；将已删除的突增点或突降点后仍连续的曲线段下调或上调，与已删除的
突增点或突降点前的曲线段连接成光滑的曲线，并命名为轴向应变变形修正曲线；

[0014] 步骤3，修正试验机位移曲线：

[0015] 步骤3.1，绘制试验机位移‑试验力的曲线，确定该曲线上的四个阶段点，分别为原点O、直线段起点A、试验力最大峰值点B和试验结束点C；选取曲线上的直线段部分，进行线
性拟合找到该直线段与曲线的第一交点，即为点A；四个阶段点将该曲线划分为三段，即OA
段、AB段和BC段；并在步骤2修正轴向应变数据后的被更新的原始数据中找到点A和点B两点
对应的时间、试验力、试验机位移及轴向应变变形修正值数据；将点A对应的试验机位移数
据除以轴向应变变形修正值，得到的数值即点A的倍数；将点B对应的试验机位移数据除以
轴向应变变形修正值，得到的数值即点B的倍数；

[0016] 步骤3.2，试验机位移分段修正：

[0017] 步骤3.2.1，OA段：该区间内的试验机位移数据均除以A点的倍数，得OB段内每个点位移数据的修正值；

[0018] 步骤3.2.2，AB段：将A点与B点的对应的位移倍数，分别作为等差数列的起点a0和终点an，期间位移数据的个数为等差数列的项数n，计算出数列的公差d；再算得每个等差分
项，最后用试验机位移数据分别除以对应的等差分项，得AB段内每个点位移数据的修正值；

[0019] 步骤3.2.3，BC段：该区间内的试验机位移数据均除以B点的倍数，得B点之后的每个点位移数据的修正值；

[0020] 步骤3.2.4，汇总OA段、AB段及BC段数据，绘制完整的试验机修正位移曲线；

[0021] 步骤4：绘制试件全应力‑应变曲线：

[0022] 步骤4.1，根据材料力学中应变＝微小变形/试件长度，将试验机修正位移数据转变为应变数据；根据应力计算公式 将试验力数据转变为应力数据；其中Rc为单
轴加载下试件的应力，单位为MPa；P为单轴加载下试件的试验力，单位为kN；F为试件初始承
2
压面积，单位为cm；

[0023] 步骤4.2，绘制试验机‑位移和全应力‑应变曲线。

[0024] 所述的分段修正方法，需要根据具体的试验来划分；不同材料的试件，所反映的曲线不尽相关，要根据具体情况进行修正。

[0025] 本发明的有益技术效果为：

[0026] 材料试验机显示的位移＝试件变形+钢构件变形+液压杆变形，本发明采用电阻应变数据对试验机位移数据进行修正的方法，去掉了钢构件变形和液压杆变形的影响，得到
了更为真实的材料试验机位移，即试件变形，为进一步研究试件的变形及破坏特性提供了
保证。

附图说明

[0027] 图1为本发明轴向应变变形修正示意图；

[0028] 图2为本发明试验机位移‑试验力的曲线示意图；

[0029] 图3为本发明试验机位移分段修正OA段示意图；

[0030] 图4为本发明试验机位移分段修正AB段示意图；

[0031] 图5为本发明试验机位移分段修正BC示意图；

[0032] 图6为本发明试验机位移修正示意图；

[0033] 图7为本发明修正前后的试验机位移‑试验力曲线；

[0034] 图8为本发明修正后的应力‑应变曲线。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0036] 如图1至图8所示，一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法，包括以下步骤：

[0037] 步骤1，将煤样加工处理成标准试件，本次试验所用煤试件真实尺寸为：直径为2
49.88mm，高为99.73mm，截面积为1954mm ，试验机采样频率10Hz，在试件表面中部粘贴应变
片测定其轴向应变，并通过材料试验机进行单轴压缩试验，试验结束后将实验数据，即加载
过程中的时间、试验力、试验机位移及轴向应变数据导入计算机的Excel中，峰值载荷
44.72kN，抗压强度22.88MPa，弹性模量2110MPa；

[0038] 步骤2，修正轴向应变数据：

[0039] 步骤2.1，根据材料力学中应变＝微小变形/试件长度，将轴向应变数据转化为变形数据，并将该数据命名为轴向应变变形；

[0040] 步骤2.2，绘制时间‑轴向应变变形曲线；观察曲线，进行相应的修正，具体为：删除突增点或突降点；将已删除的突增点或突降点后仍连续的曲线段下调或上调，与已删除的
突增点或突降点前的曲线段连接成光滑的曲线，并命名为轴向应变变形修正曲线，如图1所
示；

[0041] 步骤3，修正试验机位移曲线：

[0042] 步骤3.1，绘制试验机位移‑试验力的曲线，如图2，确定该曲线上的四个阶段点，分别为原点O、直线段起点A、试验力最大峰值点B和试验结束点C；选取曲线上的直线段部分，
进行线性拟合找到该直线段与曲线的第一交点，即为点A；四个阶段点将该曲线划分为三
段，即OA段、AB段和BC段；并在步骤2修正轴向应变数据后的被更新的原始数据表中找到点A
和点B两点对应的时间、试验力、试验机位移及轴向应变变形修正值数据；将点A对应的试验
机位移数据除以轴向应变变形修正值，得到的数值即点A的倍数；将点B对应的试验机位移
数据除以轴向应变变形修正值，得到的数值即点B的倍数；

[0043] 步骤3.2，试验机位移分段修正：

[0044] 步骤3.2.1，OA段：该区间内的试验机位移数据均除以A点的倍数，得OB段内每个点位移数据的修正值，如图3所示；

[0045] 步骤3.2.2，AB段：将A点与B点的对应的位移倍数，分别作为等差数列的起点a0和终点an，期间位移数据的个数为等差数列的项数n，计算出数列的公差d；再算得每个等差分
项，最后用试验机位移数据分别除以对应的等差分项，得AB段内每个点位移数据的修正值，
如图4所示；

[0046] 步骤3.2.3，BC段：该区间内的试验机位移数据均除以B点的倍数，得B点之后的每个点位移数据的修正值，如图5所示；

[0047] 步骤3.2.4，汇总OA段、AB段及BC段数据，绘制完整的试验机修正位移曲线，如图6所示；

[0048] 步骤4：绘制试件全应力‑应变曲线：

[0049] 步骤4.1，根据材料力学中应变＝微小变形/试件长度，将试验机修正位移数据转变为应变数据；根据应力计算公式 将试验力数据转变为应力数据；其中Rc为单
轴加载下试件的应力，单位为MPa；P为单轴加载下试件的试验力，单位为kN；F为试件初始承
2
压面积，单位为cm；

[0050] 步骤4.2：绘制试验机‑位移和全应力‑应变曲线，如图7和图8所示。