获取颗粒材料压制力和模壁摩擦力的实验装置及实验方法

摘要

获取颗粒材料压制力和模壁摩擦力的实验装置及实验方法，属于实验力学领域，所述的试验装置包括上模冲、下模冲、阴模和颗粒材料压坯，所述的上模冲上安装有第一压力传感器，所述的下模冲上安装有第二压力传感器；所述第一压力传感器和第二压力传感器通过变送器连接记录仪。所述的实验方法包括：颗粒材料压坯进行压制的过程中，第一压力传感器获取的压力信号为F

说明书

技术领域

本发明涉及实验力学领域，具体地说是一种获取颗粒材料压制力和模壁摩擦力的实验装 置及实验方法。

背景技术

利用DEM(discreteelementmethod，即离散元)方法进行颗粒材料受力情况的分析研 究时，需要标定颗粒与模壁间的摩擦系数，为此首先要获取颗粒与模壁间的摩擦力。目前， 多数压力实验机或者成型压力机只能获取一个总的压力值，该压力值准确表达了模具上表面 颗粒的受压情况，无法发映出颗粒与模壁之间的摩擦力，也无法给出底层颗粒的受力情况。 因此，利用目前的压力实验装置无法实现对颗粒与模壁间的摩擦系数的标定。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种获取颗粒材料压制力和模壁摩擦力的实验装 置及实验方法，该实验装置及实验方法可获取颗粒材料上方的压制力和下方的压制力，从而 获取颗粒材料的模壁摩擦力，用于离散元方法中标定颗粒与模壁间的摩擦系数。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：获取颗粒材料压制力和模壁摩擦力的实验 装置，包括上模冲、下模冲、阴模和颗粒材料压坯，颗粒材料压坯位于阴模内部且位于上模 冲和下模冲之间，所述的上模冲上安装有第一压力传感器用于获取颗粒材料压坯上表面颗粒 所承受的压力F_上，所述的下模冲上安装有第二压力传感器用于获取颗粒材料压坯底层颗粒所 承受的压力F_下；所述第一压力传感器和第二压力传感器通过变送器连接记录仪，变送器用于 将压力信号转换成可识别信号(如4-20mA的标准信号)并将信号传递给记录仪，记录仪实现 F_上和F_下的实时记录从而获取颗粒材料压坯上方的压制力、下方的压制力和模壁摩擦力。

进一步的技术方案为：所述的第一压力传感器安装在上模冲上表面的中心处。

进一步的技术方案为：所述的第二压力传感器安装在下模冲下表面的中心处。

将第一压力传感器安装在上模冲上表面的中心处，第二压力传感器安装在下模冲下表面 的中心处。减小测量结果的误差，提高测量结果的准确性。

进一步的技术方案为：所述的阴模上设有上下贯通的竖直通道，所述上模冲、下模冲和 颗粒材料压坯均位于所述的竖直通道内，上模冲、下模冲和颗粒材料压坯的侧壁与竖直通道 的侧壁相配合。上模冲、下模冲和颗粒材料压坯均位于阴模的竖直通道内，上模冲、下模冲 和阴模对颗粒材料压坯进行压制，结构十分简单，从而使实验方法的操作以及实验结果的获 取都得到简化。

进一步的技术方案为：所述的阴模安装在阴模座上。

进一步的技术方案为：所述阴模座上设置有容纳阴模的凹槽，阴模活动插接在所述凹槽 内。

设置阴模座从而使颗粒材料压坯中的颗粒与模壁间的摩擦力经过阴模传导给阴模座，然 后传导给实验装置的下底板，从而将摩擦力未经过下模冲巧妙的传递到下底板。

进一步的技术方案为：所述的记录仪为无纸记录仪。无纸记录仪具有无纸记录、实时性 好、精度高、带通信、可查寻的特点以及智能化的功能，实验装置一般选用四通道无纸记录 仪，但目前进行实验时只用到无纸记录仪的两路通道，因此也可以选择双通道无纸记录仪。

进一步的技术方案为：还包括脱模座，脱模座用于使所述颗粒材料压坯脱模。

进一步的技术方案为：所述的脱模座包括一个柱状体，柱状体上设有上下贯通的竖直的 脱模通道。

设置脱模座便于实验完成后压坯的脱模，实验完成后，将包含压坯的成型模具置于脱模 座上，然后施加压力使压坯脱模。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案还包括：一种实验方法，所述实验方法包括： 上模冲、下模冲和阴模对颗粒材料压坯进行压制的过程中，第一压力传感器获取的压力信号 为F_上，第二压力传感器获取的压力信号为F_下，变送器将F_上和F_下的压力信号转换并传递给 记录仪，记录仪将F_上和F_下实时记录。

F_上的值为颗粒材料压坯上方的压制力，F_下的值为颗粒材料压坯下方的压制力，F_上和F_下的差值为颗粒材料压坯的模壁摩擦力F_摩擦。

本发明的有益效果是：不仅能够反映颗粒材料压坯上表面颗粒的受压情况，还能够反映 出底层颗粒的受力情况，从而能够得出颗粒材料上方的压制力、下方的压制力和模壁摩擦力， 为标定颗粒与模壁间的摩擦系数提供基础。

附图说明

图1为本发明中颗粒材料压坯的受力示意图；

图2为本发明实施例压制阶段中实验装置的结构示意图；

图3为本发明实施例阴模提起阶段中实验装置的结构示意图；

图4为本发明实施例脱模阶段中实验装置的结构示意图。

图中：1颗粒材料压坯，2上模冲，3第一压力传感器，4下模冲，5第二压力传感器，6 阴模，7下底板，8阴模座，9脱模座。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

如图2所示，获取颗粒材料压制力和模壁摩擦力的实验装置，包括上模冲2、下模冲4、 阴模6和颗粒材料压坯1，颗粒材料压坯1位于阴模6内部且位于上模冲2和下模冲4之间， 所述的上模冲2上安装有第一压力传感器3用于获取颗粒材料压坯1上表面颗粒所承受的压 力F_上，所述的下模冲4上安装有第二压力传感器5用于获取颗粒材料压坯1底层颗粒所承受 的压力F_下；所述第一压力传感器3和第二压力传感器5通过变送器连接记录仪，变送器和记 录仪图中未示出，变送器用于将压力信号转换成4-20mA的标准信号并将所述标准信号传递给 记录仪，记录仪实现F_上和F_下的实时记录从而获取颗粒材料压坯1上方的压制力、下方的压 制力和模壁摩擦力。

所述的第一压力传感器3安装在上模冲2上表面的中心处，所述的第二压力传感器5安 装在下模冲4下表面的中心处，上述安装方式可以减小测量结果的误差，提高测量结果的准 确性。

所述的阴模6上设有上下贯通的竖直通道，所述上模冲2、下模冲4和颗粒材料压坯1 均位于所述的竖直通道内，上模冲2、下模冲4和颗粒材料压坯1的侧壁与竖直通道的侧壁 相配合。上模冲2、下模冲4和颗粒材料压坯1均位于阴模6的竖直通道内，上模冲2、下模 冲4和阴模6对颗粒材料压坯1进行压制，结构十分简单，从而使实验方法的操作以及实验 结果的获取都得到简化。

如图3，所述的阴模6安装在阴模座8上，所述阴模座8上设置有容纳阴模6的凹槽， 阴模6活动插接在所述凹槽内。

设置阴模座8从而使颗粒材料压坯1中的颗粒与模壁间的摩擦力经过阴模6传导给阴模 座8，然后传导给实验装置的下底板7，从而将摩擦力未经过下模冲4巧妙的传递到下底板7。 同时因为摩擦力没有经过下模冲4，也保证了下模冲4上的第二压力传感器5所检测到的压 力信号为颗粒材料压坯1下方的压制力，保证了实验结果的准确性。

所述的记录仪为无纸记录仪。无纸记录仪具有无纸记录、实时性好、精度高、带通信、 可查寻的特点以及智能化的功能，实验装置一般选用四通道无纸记录仪，但目前进行实验时 只用到无纸记录仪的两路通道，因此也可以选择双通道无纸记录仪。

如图4所示，实验装置还包括脱模座9，脱模座9用于使所述颗粒材料压坯1脱模，所 述的脱模座9包括一个柱状体，柱状体上设有上下贯通的竖直的脱模通道。

设置脱模座9便于实验完成后压坯的脱模，实验完成后，将包含压坯的成型模具置于脱 模座9上，然后施加压力使压坯脱模。

上述实验装置进行压力实验时，对颗粒材料压坯1的压制过程可分为三个阶段：压制阶 段、阴模提起阶段和脱模阶段，压制阶段如图2所示，阴模提起阶段如图3所示，脱模阶段 如图4所示。颗粒材料压坯1在压制过程中受力情况如图1所示，所述颗粒材料压坯1受到 F_上、F_下和F_摩擦三个力的作用，三者之间的关系为：F_上＝F_下+F_摩擦。

实验方法包括：上模冲2、下模冲4和阴模6对颗粒材料压坯1进行压制的过程中，第 一压力传感器3获取的压力信号为F_上，第二压力传感器5获取的压力信号为F_下，变送器将 F_上和F_下的压力信号转换成4-20mA的标准信号并将所述标准信号传递给记录仪，记录仪将F _上和F_下实时记录。

F_上的值为颗粒材料压坯上方的压制力，F_下的值为颗粒材料压坯下方的压制力，F_上和F_下的差值为颗粒材料压坯的模壁摩擦力F_摩擦。

本实施例中，实验装置采用60吨的材料实验机，第一压力传感器3和第二压力传感器5 均采用20吨的压力传感器。但是本发明不限于实施例所述的规格型号，本发明适用于任何单 动压力机，操作简单方便，读数准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发 明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发 明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。