一种多节转动杆、单纤维拔出装置及中心无偏移测试方法

1.本发明具体涉及一种多节转动杆、单纤维拔出装置及中心无偏移测试方法。


背景技术：

2.混凝土是土木工程领域中应用最为广泛的建筑材料之一。随着科学技术的发展和建筑规模的不断提高，混凝土的性能也在不断地改善，应运而出了一大批高性能混凝土。其中，纤维增强混凝土可以很好地克服混凝土固有的抗拉性能差、延性低等缺点。纤维混凝土是由纤维、基体以及纤维/基体界面组成的多相材料。在这三者中，最重要的就是纤维/基体界面的粘结性能，这决定了纤维混凝土的各项宏观性能。而单纤维拔出试验是研究纤维/基体界面粘结性能最直接、最有效的方法之一。
3.目前，对于单纤维拔出试验已有较多的实验案例以及发明专利。但这些方法均局限于将纤维垂直于基体拔出，这严重影响了试验结果的准确性。这是由于在实际情况中，纤维在混凝土内的分布并不是垂直分布的，而是随机乱向地分布在混凝土各个位置。同时，在受力状态下，纤维与基体之间的角度也会直接影响纤维/基体的界面粘结性能。密歇根大学victor li教授指出，纤维的角度会导致纤维强度降低以及界面性能强化，又称之为“强度折减效应以及摩擦滑轮效应”。因此，目前的试验装置并不能很好地研究纤维/基体界面的粘结性能，纤维垂直于基体拔出的单一方式并不能全面获取到纤维/基体界面的粘结性能的完整数据，而目前对于角度对于纤维/基体界面的影响的研究方法主要有两种：
4.第一种是在制作试件的过程中，将单根纤维以特定的角度固定于水泥基体中，然后利用垂直拔出的方法进行测试。该方法的弊端是纤维在基体中的埋入长度受角度的影响，并不是恒定长度，这会大大影响试验结果的准确性；
5.第二种是通过制作不同倾斜角度的锥形平台，在此基础上进行拔出试验。该方法的弊端是一种角度对应一个平台，这会导致成本大大增加，一个试验就可能需要4-6个平台，多平台的叠加配合，也会导致数据误差的加大，影响数据准确的获取过程。


技术实现要素：

6.为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种单纤维多节转动杆、拔出装置，以解决上述问题。
7.一种多节转动杆，包括调节杆一、调节杆二、调节杆三、固定板和底座，调节杆一、调节杆二和调节杆三从下至上依次连接，调节杆一的下端连接有底座，调节杆一的上端通过第一连接件与调节杆二的下端相铰接，调节杆二的上端通过第二连接件与调节杆三的下端相铰接，调节杆三的上端与固定板的底面相铰接，固定板的顶面为连接面。
8.作为优选方案：所述调节杆一的上端加工有第一窄幅插口，调节杆二的下端为第一片状插入端，第一片状插入端插设在第一窄幅插口内，第一片状插入端通过第一连接件与第一窄幅插口的两侧内壁相铰接；所述调节杆二的上端加工有第二窄幅插口，调节杆三的下端为第二片状插入端，第二片状插入端插设在第二窄幅插口内，第二片状插入端通过
第二连接件与第二窄幅插口的两侧内壁相铰接。
9.作为优选方案：第一连接件为第一连接轴，第二连接件为第二连接轴。
10.作为优选方案：调节杆三的上端为第三片状插入端，固定板的底面上加工有两个竖板，第三片状插入端夹持在两个竖板之间，第三片状插入端通过第三连接轴与两个竖板相铰接。
11.一种包括具体实施方式一或二所述的一种多节转动杆组成的单纤维拔出装置，包括x-y平台，x-y平台的底面可拆卸连接在连接面上，x-y平台上粘贴有单纤维测试试件。
12.作为优选方案：单纤维测试试件包括基体和单根纤维，单根纤维的一端固定在基体内，单根纤维的另一端为自由端。
13.作为优选方案：包括上配合组件，上配合组件包括上连接板、上连接杆和力传感器，上连接板的顶面依次通过上连接杆和力传感器与试验机相连接，上连接板与单根纤维的自由端相粘接。
14.利用具体实施方式三所述的一种单纤维拔出装置实现的中心无偏移测试方法，所述中心无偏移测试方法是通过测试要求以及单纤维测试试件的具体类型确定调节杆一的长度、调节杆二的长度、调节杆三长度以及x-y平台厚度值关系后，再通过调节杆一、调节杆二和调节杆三配合下对单纤维测试试件进行转动测试，转动测试过程中确保单纤维测试试件始终处于试验机的中心轴位置下获取相关测试数据。
15.作为优选方案：通过测试要求以及单纤维测试试件的具体类型确定调节杆一的长度、调节杆二的长度、调节杆三长度以及x-y平台厚度值关系过程为：
16.调节杆一的长度为l1，调节杆二的长度为l2，调节杆三的长度为l3，x-y平台厚度为l4，第一连接件所在位置为节点a位置，第二连接件所在位置为节点b位置，第三连接轴所在位置为节点c位置，试验机的中心轴在单纤维测试试件上的竖向投影位置为节点d位置；
17.根据试验要求的角度θ3，分别开始旋转节点a、b和c，a点处坐标为(0，0)；
18.当a节点旋转θ1角度时，b节点的坐标为(l2sinθ1，l2cosθ1)；
19.将b节点旋转θ2角度时，得到此时c节点的坐标(l2sinθ
1-l3sinθ2，l2cosθ1+l3cosθ2)；
20.将c节点旋转θ3角度，单纤维测试试件对应的节点d坐标为(l2sinθ
1-l3sinθ
2-l4sinθ3，l2cosθ1+l3cosθ2+l4cosθ3)，在确保单纤维测试试件始终处于试验机的中心轴位置的情况下，节点d的x方向坐标应为0，即l2sinθ
1-l3sinθ
2-l4sinθ3＝0；
21.由于x-y平台的厚度l4是固定值，得出调节杆二和调节杆三的长度满足关系式为：
22.l2sinθ
1-l3sinθ2＝l4sinθ3；
23.上式中sinθ3≤1，所以l2sinθ
1-l3sinθ2≤l4；
24.节点a和节点b的旋转角度取值范围均为0
°
～180
°
；
25.节点c的旋转角度取值范围为0
°
～90
°
；
26.单纤维测试试件中单根纤维在基体中的角度范围就是0
°
～90
°
；
27.开启试验机，确保单纤维测试试件在试验机的中心轴位置下做出连续多次的转动运动，实时采集并保存单纤维测试试件转动运动情况下的相关数据。
28.本发明的有益效果在于：
29.一、本发明中的多节转动杆通过调节杆一、调节杆二、调节杆三、固定板和底座之
间相互配合形成多杆多角度弯曲的结构形式，调节杆一、调节杆二、调节杆三和固定板之间形成三个可旋转的节点结构形式，配合x-y平台能够实现在一个平台上进行任意角度的单纤维拔出试验。多节转动杆还可用于其他多角度调整的试验中。
30.二、本发明中的单纤维拔出装置结构合理，操作方便，避免多平台配合使用，针对现有单纤维拔出试验装置只能垂直受力的局限，利用仿人体关节的设计理念，采用三个可旋转可固定的节点，基体能够在0～180
°
范围内的旋转至任意一个角度，同时保证纤维处于试验机的中心轴处，实现任意角度的单纤维拔出试验，实现纤维/基体界面性能的多角度、多方位的测试和研究，测试原理更加符合纤维/基体界面的实际情况，便于更好地探究纤维/基体界面的粘结性能，配合试验机能够得出更加准确的相关数据。
31.三、本发明中的中心无偏移测试方法为单纤维拔出装置提供准确且可靠的结构测试相关限定参数，单纤维拔出装置实现的测试过程更加准确，确保单纤维拔出位置合理且有效，避免多次重复操作，节省成本且提高测试准确性。
附图说明
32.图1为多节转动杆的主视结构示意图；
33.图2为单纤维拔出装置的第一主视结构示意图；
34.图3为多节转动杆的立体结构示意图；
35.图4为单纤维拔出装置的一种使用状态结构示意图；
36.图5为固定板的仰视结构示意图；
37.图6为单纤维拔出装置的第二主视结构示意图；
38.图7为调节杆一、调节杆二和调节杆三处于同轴设置时的主视结构示意图；
39.图8为0
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯纤维；
40.图9为15
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯纤维；
41.图10为45
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯纤维；
42.图11为70
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯纤维；
43.图12为0
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯醇纤维材料；
44.图13为15
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯醇纤维材料；
45.图14为45
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯醇纤维材料；
46.图15为70
°
下单纤维拔出力-位移曲线图，图中基体为水泥基材料，纤维为聚乙烯醇纤维材料；
47.图16为实施例三中单纤维拔出装置中各个节点位置的结构示意图；
48.图17为实施例三中单纤维拔出装置中角度转动原理的结构示意图；
49.图18为实施例三中单纤维拔出力-位移曲线对比示意图。
50.图中：1-调节杆一；1-1-第一窄幅插口；2-调节杆二；2-1-第一片状插入端；2-2-第二窄幅插口；3-调节杆三；3-1-第二片状插入端；3-2-第三片状插入端；4-固定板；4-1-竖板；5-底座；6-第一连接件；7-第二连接件；8-连接面；9-x-y平台；10-单纤维测试试件；10-1-基体；10-2-单根纤维；11-上连接板；12-上连接杆；13-力传感器。
具体实施方式
51.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
52.具体实施方式一：结合图1、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式包括调节杆一1、调节杆二2、调节杆三3、固定板4和底座5，调节杆一1、调节杆二2和调节杆三3均为不锈钢合金杆，调节杆一1、调节杆二2和调节杆三3从下至上依次连接，调节杆一1的下端连接有底座5，调节杆一1的上端通过第一连接件6与调节杆二2的下端相铰接，调节杆二2的上端通过第二连接件7与调节杆三3的下端相铰接，调节杆三3的上端与固定板4的底面相铰接，固定板4的顶面为连接面8。
53.本实施方式中第一连接件6所在位置为节点a位置，第二连接件7所在位置为节点b位置，第三连接轴所在位置为节点c位置。确定各个节点处的转动角度的操作过程为：
54.调节节点a处的夹角具体过程为调整调节杆一1长度方向与调节杆二2长度方向之间的夹角；调节节点b处的夹角具体过程为调整调节杆二2的长度方向和调节三3的长度方向之间的夹角，调节节点c处的夹角具体过程为调整调节三3与固定板4板面之间的夹角。
55.本实施方式中所述调节杆一1的上端加工有第一窄幅插口1-1，调节杆二2的下端为第一片状插入端2-1，第一片状插入端2-1插设在第一窄幅插口1-1内，第一片状插入端2-1通过第一连接件6与第一窄幅插口1-1的两侧内壁相铰接；所述调节杆二2的上端加工有第二窄幅插口2-2，调节杆三3的下端为第二片状插入端3-1，第二片状插入端3-1插设在第二窄幅插口2-2内，第二片状插入端3-1通过第二连接件7与第二窄幅插口2-2的两侧内壁相铰接。
56.本实施方式中第一连接件6为第一连接轴，第二连接件7为第二连接轴。
57.本实施方式中调节杆三3的上端为第三片状插入端3-2，固定板4的底面上加工有两个竖板4-1，第三片状插入端3-2夹持在两个竖板4-1之间，第三片状插入端3-2通过第三连接轴与两个竖板4-1相铰接。
58.具体实施方式二：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式中的单纤维拔出装置包括多节转动杆、x-y平台9和上配合组件，x-y平台9的底面可拆卸连接在连接面8上，x-y平台9上粘贴有单纤维测试试件10。
59.本实施方式中x-y平台9为现有产品，其工作原理为现有x-y平台的工作原理相同。
60.本实施方式中上配合组件包括上连接板11、上连接杆12和力传感器13，上连接板11的顶面依次通过上连接杆12和力传感器13与试验机相连接，上连接板11与单根纤维10-2的自由端相粘接。上连接板11为单纤维测试试件10中的单根纤维10-2的自由端提供连接位
置，二者相粘接即可，上连接杆12为单杆体，径长小于1cm的实心金属杆体或塑料杆体，起到连接效果，力传感器13为现有传感器产品，其工作过程与现有力传感器13的工作原理相同。
61.本实施方式的多节转动杆包括调节杆一1、调节杆二2、调节杆三3、固定板4和底座5，调节杆一1、调节杆二2和调节杆三3从下至上依次连接，调节杆一1的下端连接有底座5，调节杆一1的上端通过第一连接件6与调节杆二2的下端相铰接，调节杆二2的上端通过第二连接件7与调节杆三3的下端相铰接，调节杆三3的上端与固定板4的底面相铰接，固定板4的顶面为连接面8。
62.本实施方式中所述调节杆一1的上端加工有第一窄幅插口1-1，调节杆二2的下端为第一片状插入端2-1，第一片状插入端2-1插设在第一窄幅插口1-1内，第一片状插入端2-1通过第一连接件6与第一窄幅插口1-1的两侧内壁相铰接；所述调节杆二2的上端加工有第二窄幅插口2-2，调节杆三3的下端为第二片状插入端3-1，第二片状插入端3-1插设在第二窄幅插口2-2内，第二片状插入端3-1通过第二连接件7与第二窄幅插口2-2的两侧内壁相铰接。
63.本实施方式中第一连接件6为第一连接轴，第二连接件7为第二连接轴。
64.本实施方式中第一连接件6所在位置为节点a位置，第二连接件7所在位置为节点b位置，第三连接轴所在位置为节点c位置，试验机的中心轴在单纤维测试试件10上的竖向投影位置为节点d位置。
65.调节节点a处夹角的具体过程为调整调节杆一1长度方向与调节杆二2长度方向之间的夹角大小即可；调节节点b处夹角的具体过程为调整调节杆二2的长度方向和调节三3的长度方向之间的夹角，调节节点c处夹角的具体过程为调整调节三3与固定板4板面之间的夹角，从而实现三点角度调整过程，最终实现上连接板11与单纤维测试试件10的之间实现相应的角度，上述调节角度的过程因单纤维测试试件10与x-y平台9平行粘贴，所以等同为调节上连接板11与x-y平台9之间的角度。
66.本实施方式中调节杆三3的上端为第三片状插入端3-2，固定板4的底面上加工有两个竖板4-1，第三片状插入端3-2夹持在两个竖板4-1之间，第三片状插入端3-2通过第三连接轴与两个竖板4-1相铰接。
67.本实施方式中的装置与试验机连接位置为两个，位置一为底座5与试验机的底部相连接，具体连接时，试验机是通过底座5中间的孔和试验机的孔相对，然后通过插销固定连接，试验机的上端与上连接杆12相连接，工作时，试验机的上端带上连接杆12移动，力传感器13实时获取单根纤维10-2的相关受力信号并传递给终端数显。其中，试验机为现有产品，其工作原理为现有试验机相同。
68.本发明中单纤维拔出装置的测试原理为：
69.基体10-1是粘贴在x-y平台9上，然后单根纤维10-2是固定连接在基体10-1中，有自由端露出，自由端粘在上连接板11，然后上连接板11通过上连接杆12、力传感器13与试验机相连接，随着试验机的移动，上连接杆12通过上连接板带动单根纤维10-2移动，从而通过力传感器13测得纤维的拔出力。
70.具体实施方式三：结合图1-图18说明本实施方式，本实施方式中所述中心无偏移测试方法是通过测试要求以及单纤维测试试件10的具体类型确定调节杆一1的长度、调节杆二2的长度、调节杆三3长度以及x-y平台9厚度值关系后，再通过调节杆一1、调节杆二2和
调节杆三3配合下对单纤维测试试件10进行转动测试，转动测试过程中确保单纤维测试试件10始终处于试验机的中心轴位置下获取相关测试数据。
71.通过测试要求以及单纤维测试试件10的具体类型确定调节杆一1的长度、调节杆二2的长度、调节杆三3长度以及x-y平台9厚度值关系过程为：
72.调节杆一1的长度为l1，调节杆二2的长度为l2，调节杆三3的长度为l3，x-y平台9厚度为l4，第一连接件6所在位置为节点a位置，第二连接件7所在位置为节点b位置，第三连接轴所在位置为节点c位置，试验机的中心轴在单纤维测试试件10上的竖向投影位置为节点d位置；
73.根据试验要求的角度θ3，分别开始旋转节点a、b和c，a点处坐标为0，0；
74.当a节点旋转θ1角度时，b节点的坐标为l2sinθ1，l2cosθ1；
75.将b节点旋转θ2角度时，得到此时c节点的坐标l2sinθ
1-l3sinθ2，l2cosθ1+l3cosθ2；
76.将c节点旋转θ3角度，单纤维测试试件10对应的节点d坐标为l2sinθ
1-l3sinθ
2-l4sinθ3，l2cosθ1+l3cosθ2+l4cosθ3，在确保单纤维测试试件10始终处于试验机的中心轴位置的情况下，节点d的x方向坐标应为0，即l2sinθ
1-l3sinθ
2-l4sinθ3＝0；
77.由于x-y平台9的厚度l4是固定值，得出调节杆二2和调节杆三3的长度满足关系式为：
78.l2sinθ
1-l3sinθ2＝l4sinθ3；
79.上式中sinθ3≤1，所以l2sinθ
1-l3sinθ2≤l4；
80.节点a和节点b的旋转角度取值范围均为0
°
～180
°
；
81.节点c的旋转角度取值范围为0
°
～90
°
；
82.单纤维测试试件10中单根纤维10-2在基体10-1中的角度范围就是0
°
～90
°
，其中基体10-1为水泥基体。
83.开启试验机，确保单纤维测试试件10在试验机的中心轴位置下做出连续多次的转动运动，实时采集并保存单纤维测试试件10转动运动情况下的相关数据。
84.本实施方式中的单纤维拔出装置包括多节转动杆、x-y平台9和上配合组件，x-y平台9的底面可拆卸连接在连接面8上，x-y平台9上粘贴有单纤维测试试件10。
85.本实施方式的上配合组件包括上连接板11、上连接杆12和力传感器13，上连接板11的顶面依次通过上连接杆12和力传感器13与试验机相连接，上连接板11的底面紧贴在单纤维测试试件10的顶面上。
86.本实施方式中上连接板11为铝板，上连接杆12为铝杆，如此设置是因通常单纤维拔出的力非常小，因此力传感器的量程也非常小，通常使用的量程是5n或10n。而铝制材料的自重较小，50g左右，从而说明铝板和铝杆配合不会超过力传感器的量程，不对试验结果产生影响，利于更加准确获取数据。
87.本实施方式中上连接杆12和力传感器13均是通过螺栓与试验机连接固定，也可通过夹持的方式与试验机相连接，底座5、调节杆一1、调节杆二2、调节杆三3和固定板4自下往上设置，固定板4上连接有x-y平台9，底座5通过三个节点与x-y平台9相连接，节点处均采用螺栓固定第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴。当单纤维测试试件10为中基体10-1为水泥基体时，水泥基体通过双面胶粘在x-y平台9上。基体10-1中的单根纤维10-2径长为几或几十微米，单根纤维10-2通过胶水粘在铝板上，铝板通过螺栓和铝杆连接，随着试验机开始
工作，试验机的横梁会带着纤维向上移动，通过传感器测得纤维/基体界面的粘结摩擦力，并实时记录数据。
88.本实施方式的x-y平台9是能够在x轴和y轴方向调节移动的现有产品。
89.本实施方式的多节转动杆包括调节杆一1、调节杆二2、调节杆三3、固定板4和底座5，调节杆一1、调节杆二2和调节杆三3从下至上依次连接，调节杆一1的下端连接有底座5，调节杆一1的上端通过第一连接件6与调节杆二2的下端相铰接，调节杆二2的上端通过第二连接件7与调节杆三3的下端相铰接，调节杆三3的上端与固定板4的底面相铰接，固定板4的顶面为连接面8。
90.本实施方式中连接面8上配合设置有连接竖板、螺栓或其他连接构件，用于配合连接不同形式的现有平台产品。x-y平台9或其他结构形式的平台可通过粘接、可拆卸连接的方式与连接面8相连接。
91.本实施方式中所述调节杆一1的上端加工有第一窄幅插口1-1，调节杆二2的下端为第一片状插入端2-1，第一片状插入端2-1插设在第一窄幅插口1-1内，第一片状插入端2-1通过第一连接件6与第一窄幅插口1-1的两侧内壁相铰接；所述调节杆二2的上端加工有第二窄幅插口2-2，调节杆三3的下端为第二片状插入端3-1，第二片状插入端3-1插设在第二窄幅插口2-2内，第二片状插入端3-1通过第二连接件7与第二窄幅插口2-2的两侧内壁相铰接。
92.本实施方式中第一连接件6为第一连接轴，第二连接件7为第二连接轴。
93.本实施方式中调节杆三3的上端为第三片状插入端3-2，固定板4的底面上加工有两个竖板4-1，第三片状插入端3-2夹持在两个竖板4-1之间，第三片状插入端3-2通过第三连接轴与两个竖板4-1相铰接。
94.结合本发明的有益效果说明以下实施例：
95.实施例一：结合图1-图11说明本实施例：该实施例中单纤维测试试件10为水泥基材料试件，基体为水泥基材料，其配合比为水泥505kg/m3，粉煤灰621kg/m3，石英砂(0.06mm～0.2mm)536kg/m3,水338kg/m3，减水剂0.1％。采用的纤维为聚乙烯纤维。聚乙烯纤维的直径为20微米，密度为0.97公斤/立方米，拉伸强度和弹性模量分别为3800mpa和3gpa。首先根据试验的要求，将节点a、节点b和节点c分别调节一定的角度，最终实现上连接板11与单纤维测试试件10之间的夹角为15
°
、45
°
和70
°
，将这三个角度分别对应三次试验进行，各个角度是否调节到位可通过磁性量角器确定，如图4所示，将单纤维测试试件10粘在x-y平台9上，然后与试验机连接。通过x-y平台9微调，确保聚乙烯纤维在试验机的中心轴处，从而确保单纤维测试试件10受轴心力的位置合理，利于测试数据能够准确获取。然后将聚乙烯纤维粘在上压板11上，待胶水凝固后，开始试验。通过10n力传感器13和试验机自身的位移传感器采集得到单纤维拔出过程中的力-位移曲线，如图8-11所示，从而计算得到纤维/基体的界面摩擦力，计算公式如下所示。
[0096][0097]
式中，τ0是纤维/基体的界面摩擦力，p
max
是力-位移曲线中的最大力，df是纤维的直径，le是纤维在基体中的埋置深度。
[0098]
表一中给出了不同角度下的聚乙烯纤维/基体界面摩擦力，能够看到角度对界面
性能影响十分大。因此，进行有角度的单纤维拔出试验对于研究纤维/基体界面性能是非常必要的。
[0099]
表一
[0100]
角度0
°
15
°
45
°
70
°
纤维/基体界面摩擦力τ01.23mpa1.28mpa2.35mpa2.84mpa
[0101]
实施例二：结合图12-15说明本实施例，与实施例一相同的水泥配合比，采用的纤维为聚乙烯醇纤维。聚乙烯醇纤维的长度是12mm，直径是39μm，极限抗拉强度是1600mpa，密度是1300kg/m3，弹性模量是42gpa。与实施例一相同的是，将各个节点旋转使得x-y平台9实现相应的角度，该角度分别为0、15、45和70度，即分别调节节点a、b、c处夹角，最终实现试验机中心轴与x-y平台9之间形成相应的角度，由于单根纤维10-2与试验机中心轴平行，基体10-1与x-y平台9平行，因此试验机中心轴与x-y平台9之间形成相应的角度具体可为试验机中心轴与单纤维测试试件10之间的角度，单根纤维10-2与x-y平台9之间的角度、试验机中心轴与x-y平台9之间的角度。本发明中的装置和方法均可实现，后续的过程与实施例一相同，最终测试结果表明由于聚乙烯醇纤维强度较低，结果表明单根纤维10-2发生了断裂。
[0102]
实施例三：结合图16-18说明本实施例，与实施例一、二相同的水泥配合比，采用的纤维与实施例一相同。本实施例中调节杆一1、调节杆二2和调节杆三3的长度均为500mm，x-y平台9的高度为50mm，试验目的是在45
°
下进行单纤维拔出试验，因此需要调整节点a、b、c的角度。根据中心无偏移测试方法，调节杆二2和调节杆三3的长度满足关系式为：l2sinθ
1-l3sinθ2＝l4sinθ3。第一种角度组合是分别将θ1、θ2和θ3调节为30
°
，25.42
°
和45
°
；另一种角度组合为：将θ1、θ2和θ3调节为45
°
，34.05
°
和45
°
。然后，确定各个角度是否调节到位可通过磁性量角器，确定各个角度调节到位后，将单纤维测试试件10粘在x-y平台9上，然后与试验机连接，通过x-y平台9微调，确保聚乙烯纤维在试验机的中心轴处，从而确保单纤维测试试件10受轴心力的位置合理，利于测试数据能够准确获取。然后将聚乙烯纤维粘在上压板11上，待胶水凝固后，开始试验。通过10n力传感器13和试验机自身的位移传感器采集得到单纤维拔出过程中的力-位移曲线，从而计算得到纤维/基体的界面摩擦力，最终测试结果表明不同的θ1、θ2角度下单纤维拔出试验结果基本相同，本实施例未提及的结构、连接关系以及操作方法与具体实施方式三相同。

技术特征：
1.一种多节转动杆，其特征在于：包括调节杆一(1)、调节杆二(2)、调节杆三(3)、固定板(4)和底座(5)，调节杆一(1)、调节杆二(2)和调节杆三(3)从下至上依次连接，调节杆一(1)的下端连接有底座(5)，调节杆一(1)的上端通过第一连接件(6)与调节杆二(2)的下端相铰接，调节杆二(2)的上端通过第二连接件(7)与调节杆三(3)的下端相铰接，调节杆三(3)的上端与固定板(4)的底面相铰接，固定板(4)的顶面为连接面(8)。2.根据权利要求1所述的多节转动杆，其特征在于：所述调节杆一(1)的上端加工有第一窄幅插口(1-1)，调节杆二(2)的下端为第一片状插入端(2-1)，第一片状插入端(2-1)插设在第一窄幅插口(1-1)内，第一片状插入端(2-1)通过第一连接件(6)与第一窄幅插口(1-1)的两侧内壁相铰接；所述调节杆二(2)的上端加工有第二窄幅插口(2-2)，调节杆三(3)的下端为第二片状插入端(3-1)，第二片状插入端(3-1)插设在第二窄幅插口(2-2)内，第二片状插入端(3-1)通过第二连接件(7)与第二窄幅插口(2-2)的两侧内壁相铰接。3.根据权利要求2所述的多节转动杆，其特征在于：第一连接件(6)为第一连接轴，第二连接件(7)为第二连接轴。4.根据权利要求3所述的多节转动杆，其特征在于：调节杆三(3)的上端为第三片状插入端(3-2)，固定板(4)的底面上加工有两个竖板(4-1)，第三片状插入端(3-2)夹持在两个竖板(4-1)之间，第三片状插入端(3-2)通过第三连接轴与两个竖板(4-1)相铰接。5.一种包括权利要求1、2、3或4所述的一种多节转动杆组成的单纤维拔出装置，其特征在于：包括x-y平台(9)，x-y平台(9)的底面可拆卸连接在连接面(8)上，x-y平台(9)上粘贴有单纤维测试试件(10)。6.根据权利要求5所述的单纤维拔出装置，其特征在于：单纤维测试试件(10)包括基体(10-1)和单根纤维(10-2)，单根纤维(10-2)的一端固定在基体(10-1)内，单根纤维(10-2)的另一端为自由端。7.根据权利要求6所述的单纤维拔出装置，其特征在于：包括上配合组件，上配合组件包括上连接板(11)、上连接杆(12)和力传感器(13)，上连接板(11)的顶面依次通过上连接杆(12)和力传感器(13)与试验机相连接，上连接板(11)与单根纤维(10-2)的自由端相粘接。8.利用权利要求7所述的一种单纤维拔出装置实现的中心无偏移测试方法，其特征在于：所述中心无偏移测试方法是通过测试要求以及单纤维测试试件(10)的具体类型确定调节杆一(1)的长度、调节杆二(2)的长度、调节杆三(3)长度以及x-y平台(9)厚度值关系后，再通过调节杆一(1)、调节杆二(2)和调节杆三(3)配合下对单纤维测试试件(10)进行转动测试，转动测试过程中确保单纤维测试试件(10)始终处于试验机的中心轴位置下获取相关测试数据。9.根据权利要求8所述的中心无偏移测试方法，其特征在于：通过测试要求以及单纤维测试试件(10)的具体类型确定调节杆一(1)的长度、调节杆二(2)的长度、调节杆三(3)长度以及x-y平台(9)厚度值关系过程为：调节杆一(1)的长度为l1，调节杆二(2)的长度为l2，调节杆三(3)的长度为l3，x-y平台(9)厚度为l4，第一连接件(6)所在位置为节点a位置，第二连接件(7)所在位置为节点b位置，第三连接轴所在位置为节点c位置，试验机的中心轴在单纤维测试试件(10)上的竖向投影位置为节点d位置；
根据试验要求的角度θ3，分别开始旋转节点a、b和c，a点处坐标为(0，0)；当a节点旋转θ1角度时，b节点的坐标为(l2sinθ1，l2cosθ1)；将b节点旋转θ2角度时，得到此时c节点的坐标(l2sinθ
1-l3sinθ2，l2cosθ1+l3cosθ2)；将c节点旋转θ3角度，单纤维测试试件(10)对应的节点d坐标为(l2sinθ
1-l3sinθ
2-l4sinθ3，l2cosθ1+l3cosθ2+l4cosθ3)，在确保单纤维测试试件(10)始终处于试验机的中心轴位置的情况下，节点d的x方向坐标应为0，即l2sinθ
1-l3sinθ
2-l4sinθ3＝0；由于x-y平台(9)的厚度l4是固定值，得出调节杆二(2)和调节杆三(3)的长度满足关系式为：l2sinθ
1-l3sinθ2＝l4sinθ3；上式中sinθ3≤1，所以l2sinθ
1-l3sinθ2≤l4；节点a和节点b的旋转角度取值范围均为0
°
～180
°
；节点c的旋转角度取值范围为0
°
～90
°
；单纤维测试试件(10)中单根纤维(10-2)在基体(10-1)中的角度范围就是0
°
～90
°
；开启试验机，确保单纤维测试试件(10)在试验机的中心轴位置下做出连续多次的转动运动，实时采集并保存单纤维测试试件(10)转动运动情况下的相关数据。

技术总结
本发明提供了一种多节转动杆、单纤维拔出装置及中心无偏移测试方法。本发明中调节杆一、调节杆二和调节杆三从下至上依次连接，调节杆一的下端连接有底座，调节杆一的上端通过第一连接件与调节杆二的下端相铰接，调节杆二的上端通过第二连接件与调节杆三的下端相铰接，调节杆三的上端与固定板的底面相铰接，固定板的顶面为连接面；中心无偏移测试方法是通过测试要求以及单纤维测试试件的具体类型确定调节杆一的长度、调节杆二的长度、调节杆三长度以及X-Y平台厚度值关系后，再通过调节杆一、调节杆二和调节杆三配合下对单纤维测试试件进行转动测试，转动测试过程中确保单纤维测试试件始终处于试验机的中心轴位置下获取相关测试数据。关测试数据。关测试数据。


技术研发人员：霍彦霖 杨英姿 陈智韬 孙华阳 卢东
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/18