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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(lèi)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(lèi)：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(lèi)：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(lèi)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

CDP 位移傳感器 5~100mm

CLP-NB 壓縮型荷載傳感器 10kN~10MN

F系列 GOBLET一般用途應(yīng)變片

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

F系列 GOBLET一般用途應(yīng)變片

P系列 混凝土用聚酯應(yīng)變片

CDP 位移傳感器 5~100mm

DP-G/DP-E 拉線式位移傳感器 500~2000mm,5000mm

TCLP-NB 拉伸/壓縮通用荷載傳感器 10kN~2MN

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). 

歐美大地作為高科技測(cè)試儀器全面解決方案的提供者，可為您提供動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀器及配置方案，滿足應(yīng)變、位移、荷載、振動(dòng)等多參數(shù)的測(cè)量。

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