荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，應(yīng)用了激光在光纖中傳播受溫度變化和壓力變化的影響使接收條紋產(chǎn)生移動(dòng)的設(shè)計(jì)，利用加熱器和環(huán)境溫度傳感器控制實(shí)驗(yàn)裝置的溫度，利用加載裝置和滾輪施加載荷，通過(guò)光纖溫度傳感器測(cè)試路面試件在荷載下的溫度變化，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，測(cè)試精度高，自動(dòng)化程度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于路面載荷與溫度場(chǎng)耦合作用下溫度耦合效應(yīng)測(cè)試的應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浙青混合料是路面鋪設(shè)中最常用的基礎(chǔ)材料，同時(shí)也是一種溫度敏感性材料。外界環(huán)境溫度變化時(shí)，路面內(nèi)的不穩(wěn)定熱流形成了路面結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)和溫度梯度，使得路面材料發(fā)生溫度變形。當(dāng)溫度變形受到限制而無(wú)法釋放時(shí)，在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。若產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度，則導(dǎo)致材料破壞。但是，在路面結(jié)構(gòu)分析和溫度場(chǎng)分析時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，往往會(huì)忽略行車(chē)荷載與溫度場(chǎng)的耦合作用對(duì)路面溫度場(chǎng)的影響。
[0003]國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的路面溫度場(chǎng)測(cè)試大多采用紅外線測(cè)溫度法和光纖傳感法。紅外差熱圖譜系統(tǒng)和光纖傳感器已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際路面的溫度場(chǎng)測(cè)量，但是這兩種方法的共同缺點(diǎn)是測(cè)量精度較小，局限性較大。紅外圖譜測(cè)試技術(shù)的精度一般為I°c，光纖傳溫度傳感器溫度精度為0.1°C，但是荷載與溫度耦合下路面溫度的變化較小，現(xiàn)有的測(cè)試方法不能滿足測(cè)試荷載與溫度耦合作用下溫度場(chǎng)微小變化的勁度要求。
[0004]目前，大多采用有限元法進(jìn)行模擬分析，評(píng)價(jià)荷載和溫度耦合作用路面耦合溫度效應(yīng)，但這樣的評(píng)價(jià)方法并不能較好的實(shí)測(cè)并量化荷載與溫度耦合作用的耦合溫度效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法精度過(guò)底的缺點(diǎn)，提供了一種測(cè)試精度高、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高的荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置。
[0006]本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供了一種使用荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法。
[0007]解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]在底座上設(shè)置有敞口隔熱容器，敞口隔熱容器內(nèi)設(shè)置有路面試件，路面試件內(nèi)部設(shè)置有光纖溫度傳感器，敞口隔熱容器左側(cè)壁設(shè)置有耦合器，底座上還設(shè)置有模擬箱，模擬箱內(nèi)兩側(cè)下端設(shè)置有加熱器，模擬箱內(nèi)兩側(cè)頂端設(shè)置有日光燈，模擬箱內(nèi)頂部設(shè)置有溫度傳感器，模擬箱頂部設(shè)置有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上設(shè)置有支撐架，支撐架上設(shè)置有配重，支撐架下端設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)和與步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)的輪軸，輪軸上設(shè)置位于路面試件表面上的滾輪，模擬箱內(nèi)左側(cè)壁設(shè)置有激光器，模擬箱外還設(shè)置有光譜儀、可編程控制器和計(jì)算機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和加熱器通過(guò)導(dǎo)線與可編程控制器相連，溫度傳感器、光纖溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與光譜儀相連，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，可編程控制器通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連。
[0009]本發(fā)明的光纖溫度傳感器的保護(hù)套內(nèi)并列設(shè)置有溫度感應(yīng)光纖和溫度受控光纖，溫度受控光纖外部設(shè)置有控溫管。
[0010]采用本發(fā)明的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:[0011]采用荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)路面耦合溫度試驗(yàn)裝置)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將路面耦合溫度試驗(yàn)裝置與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行測(cè)試。
[0012]1)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室儀器組標(biāo)定溫度變化值σT
[0013]順序連接激光器、耦合器、路面溫度感應(yīng)光纖、溫度受控光纖、溫度傳感器、加熱器、光譜儀和計(jì)算機(jī)，溫度受控光纖與路面溫度感應(yīng)光纖并列排布，其中溫度受控光纖置于玻璃水槽中，玻璃水槽中注水并安裝加熱器和溫度傳感器，加熱器連接可編程控制器，計(jì)算機(jī)通過(guò)可編程控制器控制加熱器電源的接通或斷開(kāi)，溫度傳感器將接收到玻璃水槽內(nèi)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)，打開(kāi)激光器、耦合器、光譜儀，通過(guò)光譜儀觀察調(diào)節(jié)耦合器出射光的干涉波紋穩(wěn)定，計(jì)算機(jī)通過(guò)可編程控制器接通加熱器的電源，計(jì)算機(jī)記錄玻璃水槽的溫度、加熱器的通電時(shí)間和電流強(qiáng)度，通過(guò)光譜儀將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)算輸出波紋的移動(dòng)數(shù)目△ N，測(cè)出玻璃水槽、加熱器、水的質(zhì)量，查出玻璃水槽、加熱器、水的比熱容，根據(jù)熱平衡原理，計(jì)算溫度變化量AT;
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置，其特征在于:在底座(1)上設(shè)置有敞口隔熱容器(12)，敞口隔熱容器(12)內(nèi)設(shè)置有路面試件(13)，路面試件(13)內(nèi)部設(shè)置有光纖溫度傳感器(11 )，敞口隔熱容器(12 )左側(cè)壁設(shè)置有耦合器(17 )，底座(1)上還設(shè)置有模擬箱(3)，模擬箱(3)內(nèi)兩側(cè)下端設(shè)置有加熱器(18)，模擬箱(3)內(nèi)兩側(cè)頂端設(shè)置有日光燈(4)，模擬箱(3)內(nèi)頂部設(shè)置有溫度傳感器(5)，模擬箱(3)頂部設(shè)置有導(dǎo)軌(9)，導(dǎo)軌(9)上設(shè)置有支撐架(7)，支撐架(7)上設(shè)置有配重(6)，支撐架(7)下端設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)(10)和與步進(jìn)電機(jī)(10)相聯(lián)的輪軸，輪軸上設(shè)置位于路面試件(13)表面上的滾輪(8)，模擬箱(3)內(nèi)左側(cè)壁設(shè)置有激光器(2)，模擬箱(3)外還設(shè)置有光譜儀(16)、可編程控制器(15)和計(jì)算機(jī)(14)，步進(jìn)電機(jī)(10)和加熱器(18)通過(guò)導(dǎo)線與可編程控制器(15)相連，溫度傳感器(5 )、光纖溫度傳感器(11)通過(guò)數(shù)據(jù)線與光譜儀(16 )相連，光譜儀(16 )通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(14)相連，可編程控制器(15)通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)(14)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的光纖溫度傳感器(11)的保護(hù)套(11-1)內(nèi)并列設(shè)置有溫度感應(yīng)光纖(11-2 )和溫度受控光纖(11-4 )，溫度受控光纖(11-4)外部設(shè)置有控溫管(11-3)。
3.一種使用權(quán)利要求1荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟: 采用荷載與溫度耦合作用下路面耦合溫度試驗(yàn)裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)路面耦合溫度試驗(yàn)裝置)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將路面耦合溫度試驗(yàn)裝置與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行測(cè)試。 1)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室儀器組標(biāo)定溫度變化值στ 順序連接激光器(2)、耦合器(17)、路面溫度感應(yīng)光纖(11-2)、溫度受控光纖(11-4)、溫度傳感器(5)、加熱器(18)、光譜儀(16)和計(jì)算機(jī)(14)，溫度受控光纖(11-4)與路面溫度感應(yīng)光纖(11-2)并列排布，其中溫度受控光纖(11-4)置于玻璃水槽中，玻璃水槽中注水并安裝加熱器(18 )和溫度傳感器(`5 )，加熱器(18 )連接可編程控制器(15)，計(jì)算機(jī)(14 )通過(guò)可編程控制器(15)控制加熱器(18)電源的接通或斷開(kāi)，溫度傳感器(5)將接收到玻璃水槽內(nèi)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)(14)，打開(kāi)激光器(2)、耦合器(17)、光譜儀(16)，通過(guò)光譜儀(16)觀察調(diào)節(jié)耦合器(17)出射光的干涉波紋穩(wěn)定，計(jì)算機(jī)(14)通過(guò)可編程控制器(15)接通加熱器(18)的電源，計(jì)算機(jī)(14)記錄玻璃水槽的溫度、加熱器(18)的通電時(shí)間和電流強(qiáng)度，通過(guò)光譜儀(16)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)(14)，計(jì)算機(jī)(14)按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)算輸出波紋的移動(dòng)數(shù)目ΛΝ，測(cè)出玻璃水槽、加熱器(18)、水的質(zhì)量，查出玻璃水槽、加熱器(18)、水的比熱容，根據(jù)熱平衡原理，計(jì)算溫度變化量AT;AT =丄卜Rdtj、c.'m' +C7Itu ) 式中Hl1為玻璃水槽的質(zhì)量、Hl2為加熱器(18)的質(zhì)量、Hl3為水的質(zhì)量、C1為玻璃水槽的比熱容、C2為加熱器(18)的比熱容、C3為水的比熱容、I為電流強(qiáng)度、R為電阻值、t為加熱時(shí)間。多次重復(fù)測(cè)量，測(cè)得多組AT、Λ N數(shù)值，并通過(guò)最小二乘法擬合，得到:

AT-AN-AT-AN

— 2 ^

AN -AN2 2)日光燈(4)保持恒定光源照明，溫度傳感器(5)測(cè)量模擬箱(3)內(nèi)的溫度記錄在計(jì)算機(jī)(14)中，溫度低于設(shè)定溫度時(shí)計(jì)算機(jī)(14)根據(jù)事先設(shè)定的程序通過(guò)可編程控制器(15)接通加熱器(18)的電源為模擬箱(3)加熱，使模擬箱(3)中保持恒定溫度，控溫管(11-3)恒定溫度使光纖溫度傳感器(11)中的路面溫度感應(yīng)光纖(11-2)和溫度受控光纖(11-4)與模擬箱(3)中溫度一致，開(kāi)啟激光器(2)、耦合器(17)和光譜儀(16)，通過(guò)控溫管(11-3)降低溫度受控光纖(11-4)的溫度直到Ttl，光譜儀(16)將接收的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)(14)并在計(jì)算機(jī)(14)中計(jì)算溫度受控光纖(11-4)降溫過(guò)程中干涉波紋的移動(dòng)數(shù)量AN1，并通過(guò)計(jì)算機(jī)(14)計(jì)算測(cè)試初始無(wú)載荷作用下路面溫度Tg ；
T 原=T0+ O T+ A N1 3)通過(guò)配重(6)向路面試件(13)施加預(yù)定荷載，通過(guò)計(jì)算機(jī)(14)記錄加載過(guò)程中干涉波紋的移動(dòng)數(shù)量AN2，通過(guò)計(jì)算機(jī)14計(jì)算荷載作用下路面溫度Ta ；
T 加=T 原 + 0 T X A N2 加載的滾輪(8)重復(fù)碾壓100次得到IOOfTin，求平均值^


【文檔編號(hào)】G01N3/18GK103698223SQ201310754025
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張久鵬, 賀明明, 杜慧, 黎宇陽(yáng), 孫昌樂(lè), 陸瑞國(guó), 劉乙丁, 劉虎軍, 張夢(mèng)麗, 王凱, 任仲山, 裴建中, 李蕊 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)