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摘 要

本次试验是基于LabVIEW环境下对于光弹颗粒材料的剪切控制。主要目的在于对光弹颗粒的研究及剪切过程的控制。光弹颗粒在我们日常生活中无处不在，像粉尘、砂砾、黏土颗粒等等。所以对于颗粒材料的深入研究才能让我们更好的认识与了解颗粒材料的基本性质，才能更好的利用这么看似微小无用的材料。LabVIEW是不同于其他的程序开发环境，G的图形化编程语言编辑器的使用，程序框图的形式，程序开发环境。在LabVIEW 环境下，结合PLC、步进电机、佳能EOS6D数码相机、压力传感器、UV灯、LED灯和PC机作为硬件配置，以LabVIEW为开发平台，编制VI程序，实现数据的采集和控制。

在LabVIEW控制面板中设置对步进电机的控制，一方面控制螺旋杆的进程对颗粒材料进行力的施加，另一方面控制偏正片的运动轨迹，以便取得在不同对照情况下光弹颗粒的力链分析图片。另外UV灯与LED灯的亮灭作为几组不同光照条件，压力传感器则将不同光照不同受力时的受力情况传输给电脑进行数据分析，当然在我们这不做重点进行实验，只需完成整个加载过程的控制与不同条件下的拍照取像过程即可。

光弹颗粒材料也多用于工业生产中，如果能够对于颗粒材料有更透彻的了解会更加有利于我们的应用。目前国内外也早已有了对于剪切光弹颗粒的实验研究，极大的促进了颗粒力学理论和数值计算方面的发展。在中国，对于光弹颗粒力学的研究与理论分析也有一定的发展，但是在颗粒实验方面，特别是光弹颗粒剪切试验接触的晚发展便比较落后。因此，我们更应该积极进行研究探讨光弹颗粒剪切试验中颗粒材料的性质。综上所述，对光弹颗粒实验的研究具有一定的价值。

为了实现对颗粒材料剪切变形过程的细观尺度上的变化特征，本文基于LabVIEW虚拟器，结合光弹测试基本原理设计了“光弹颗粒剪切控制试验系统”。

关键字：光弹颗粒、剪切控制系统、加载系统、数据采集。

Control Device Based on LabVIEW Ray Projectile Particle Shear Experiment (Software)

Abstract

In our daily life everywhere: drug particles, particles of dust, gravel etc.. For understanding and understanding to in-depth study of granular materials allow us to better the basic properties of granular materials, we can make better use of such seemingly small materials.Study on granular materials in industrial applications is also considerable, and the current shear photo elastic particles is able to visually observe the force chain distribution only effective experimental method, the particle behavior of materials is of great significance to economic research.

LabVIEW is different from other program development environment, the use of G graphical programming language editors, program block diagram form program development environment. In the LabVIEW environment, combined with PLC, stepper motor, Canon EOS6D digital camera, pressure sensor, UV lamp, LED lamp and PC as the hardware configuration, LabVIEW development platform, VI programming, realize data acquisition and control.

Granular materials, from granular materials in different light in different force displacement and force of particle distribution down, to finally understand the physical properties of particulate material deeply unpredictable. However, due to particulate material having a discontinuity, an is ropy and complex nature, so there is certain degree of difficulty in the measurement of the internal force and displacement of granular materials. However, in foreign countries have already started using granular mechanics experiment method, particle mechanics research, using the photo elastic experiment combined with statistical method, the study of pure shear and biaxial compression condition,variation of particle size and direction of the contact force.

In summary, the photo elastic experiment of particle has a certain value. The experimental study of shear photo elastic particles also greatly promoted the development of particle mechanics theory and numerical calculation. In our country, have been developed for research and theoretical analysis of photo elastic granular mechanics, but in particle experiments, especially the photo elastic granular slow shear test. Therefore, we should actively study the properties of photo elastic granular material particles in the shear test

In order to me so scale variation for granular material shear deformation process,based on the LabVIEW virtual instrument design, combined with the basic principle of the photo elastic test "photo elastic granular shear control test system".

Keywords: photo elastic particles,  shear control system, loading system, data collection room.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 选题依据 1

1.2 国内外研究动态 1

1.3 课题的意义和价值 2

1.4 可能达到的水平 2

第二章 光弹颗粒剪切控制装置 3

2.1 光弹颗粒剪切控制装置初步方案 3

2.1.1 研究设想 3

2.1.2 需要解决的问题 3

2.1.3 实验方案 3

2.2 光弹颗粒剪切控制装置原理 4

2.2.1 运行过程 4

2.3 预期结果 5

第三章 硬件设计 6

3.1 步进电机 6

3.1.1 步进电机的概念 6

3.1.2 步进电机的原理 6

3.2 数码相机 6

3.3 偏光片 7

3.4 UV灯、LED灯 7

3.5 控制装置原理图 7

第四章 软件设计 9

4.1 LabVIEW简介 9

4.1.1 LabVIEW的概念 9

4.1.2 LabVIEW的特点 9

4.1.3 LabVIEW的应用领域 9

4.2 LabVIEW软件部分设计过程 10

4.2.1 LabVIEW的前面板控制 11

4.2.2 LabVIEW程序框图 11

4.3 PLC简介 11

4.3.1可编程逻辑控制器（PLC) 11

4.3.2 工作原理与特点 13

4.4 PLC部分程序设计 14

第五章 调试分析 18

第六章 结束语 19

致 谢 20

参考文献（References） 21

引 言

1.1选题依据

现实生活中，我们在任何时间任何地点都可看到不同的物质，这些物质大多数都是固体的，这些固体大多数是由颗粒物质组成的，列如我们常见的树木、灰尘、铁块、塑料、化学物品（化肥、材料等）。这些巨额物质的组成大多都是颗粒组成，社会生产中的一些化学工业，机械工业等都会应用到颗粒的大约规律。据社会科学家调查显示：在美国，颗粒状物体如面粉、灰尘、煤炭、化工、医疗用品等颗粒材料的浪费使用率高达79%这些浪费直接导致经济的损失，金钱的浪费。所以，开创颗粒材料的科学研究对于环境的保护和经济的节约具有十分重要的意义。

说的虽然容易，但是由于材料中颗粒的不均匀性、复杂性、多方向性导致研究非常困难，所以只有对颗粒内部的应力进行分析，以及对颗粒之间受力分析进行准确的把握才能进行精确的运用。尽管如此困难，但在国外已经进行了很多具有划时代意义的颗粒研究，，列如有人利用光弹颗粒的研究方法结合力学的分析，对颗粒在不同受力的情况下进行了深入的研究分析，对于颗粒之间力的大小以及受力过后力的方向都具有了一定的了解。还有人利用别的方法对颗粒进行了特殊式的研究，但是能对颗粒之间的受力进行准确研究的就只有:电子天平称重法、压痕测量面积法和光弹试验法。但是尽管压痕测量面积法可以量测颗粒材料内部受力的信息，但是，这种方法的测量容易对颗粒材料造成一定的破坏。同样的，尽管电子称重法能对颗粒材料内部的力的结构进行一个确切的测量，但是由于他的探头与颗粒之间的接触容易造成颗粒材料内部结构的破坏，同样不能完整的保存下来力的分布图样。在众多的测试颗粒材料内部受力分析技术中，光弹实验法的明显优势就是以直观的条纹图给出whole field应力分布的确切信息，即形象生动的显示出应力分布规律的等差线，同时又不破坏颗粒材料的内部结构。光弹颗粒测试实验方法是过去到现在以来可能是唯一可以直观地表示出颗粒材料内部应力力分布的实验分析手段。

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