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用于确定弹性模量的系统和方法

阅读：572发布：2020-05-11

专利汇可以提供用于确定弹性模量的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量的系统和方法。该系统包括处理器，该处理器构造成基于向工作材料施加的力和工作材料的位移确定工作材料硬度。该处理器还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定该工作材料的弹性模量。，下面是用于确定弹性模量的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于确定由具有轧辊筒的压实机系统压实的工作材料的弹性模量的方法，该方法包括：
利用该轧辊筒压实该工作材料；
使用至少一个传感器感测由轧辊筒施加在工作材料上的接触力和轧辊筒的垂直位移；
使用处理器计算由轧辊筒施加在工作材料上的接触力和轧辊筒的垂直位移；
基于该接触力和该垂直位移，使用该处理器计算工作材料硬度；和
基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系，使用该处理器确定工作材料的弹性模量，
其中，工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系包括工作材料的横向和轴向应变的比值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算工作材料硬度还包括确定最大和最小轧辊筒-地面接触力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算工作材料硬度还包括确定最大和最小轧辊筒垂直位移。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器是感测轧辊筒的垂直加速度的加速计。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括通过处理器向显示器发送信号，以便表明工作材料的弹性模量是否已经满足预定的阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定弹性模量的结果是力/面积值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系包括轧辊筒的至少一个物理特性。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定弹性模量还包括使用迭代法。
9.一种压实机系统，用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量，该压实机系统包括：
构造成压实工作材料的至少一个轧辊筒；
至少一个传感器，该至少一个传感器构造成感测压实机系统部件的垂直加速度、垂直位移和力中的至少一个；和
处理器，该处理器构造成响应于该至少一个传感器计算该至少一个轧辊筒和该工作材料之间的界面处的接触力，还构造成响应于该至少一个传感器计算该至少一个轧辊筒的位移，其中，该处理器构造成基于该接触力和该位移计算工作材料的硬度，以及，该处理器构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定工作材料的弹性模量，其中，工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系包括工作材料的横向和轴向应变的比值。
10.根据权利要求9所述的压实机系统，其特征在于，该处理器还构造成向显示器发送信号，以便表明工作材料的弹性模量是否已经满足预定的阈值。
11.根据权利要求9所述的压实机系统，其特征在于，工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系包括轧辊筒的至少一个物理特性。
12.一种压实机系统，用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量，该压实机系统包括：
处理器，该处理器构造成基于由压实机系统向工作材料施加的力和该压实机系统的垂直位移确定工作材料硬度，还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定工作材料的弹性模量，其中，工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系包括工作材料的横向和轴向应变的比值，
其中，该处理器还构造成使用迭代法确定弹性模量。
13.根据权利要求12所述的压实机系统，其特征在于，该处理器还构造成向显示器发送信号，以便表明工作材料的弹性模量是否已经满足预定的阈值。
14.根据权利要求12所述的压实机系统，其特征在于，该压实机系统还包括至少一个轧辊筒。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系包括该至少一个轧辊筒的至少一个物理特性。

说明书全文

用于确定弹性模量的系统和方法

技术领域

[0001] 本发明大体上涉及一种压实材料的机器，更特别地涉及一种用于在土壤压实过程期间确定土壤的弹性模量的系统和方法。

背景技术

[0002] 当建造建筑物、公路、停车场和其它结构时，压实机器或压实机被普通地用于将工作材料(例如土壤、砂砾、沥青)压实到期望的强度。通常，工作地点的土制材料必须被压实，并且必须使一个或多个压实机器逐次地压实材料，直到达到期望的压实程度。该过程可能需要多次在工作材料上经过来达到期望程度。弹性模量是一种用于确定压实程度的量度。

[0003] 有多种用于确定土壤或其它材料的弹性模量的方法。当前的技术包括使用核子密度仪、平板载荷试验挠度计等在压实过程之前和/或之后测量土壤密度或土壤硬度。尽管这可以提供用于压实土壤或其它材料的精确测量，但是这些测量必须与压实过程分离地进行。已知用于在压实过程期间测量压实度的系统。转让给Wacker Neuson Produktion GmbH&Co.的美国专利No.8,057,124B2公开了一种用于测量土壤参数的方法和装置。其使用接触力的实际梯度的近似值和接触表面参数来计算动力变形模量。然而，该模量是无量纲的。

[0004] 当前的方法不能提供可以在压实过程期间确定的具有工程单位值的弹性模量。当前方法的一个缺点在于，无量纲的弹性模量不能用于其它目的，例如被需要知道土壤或其它材料的特殊压实度以建造或设计道路、建筑物平台等的设计工程师使用。本发明旨在克服或减少一个或多个这些所列出的问题。

[0005] 上述背景讨论完全意在帮助读者。其不意在限制在本文中描述的创新或限制或扩大所讨论的已有技术。因此，上述讨论不应当表明已有系统的任何特殊元件不适合于与在这里描述的创新一起使用，或意在表明在实现在这里描述的创新中，任何元件都是必要的。在这里描述的创新的实现和应用由随附权利要求限定。

发明内容

[0006] 本发明的一实施例包括一种用于确定由具有轧辊筒的压实机系统压实的工作材料的弹性模量的方法和系统。所公开的方法包括使用至少一个传感器和/或处理器感测(检测)或计算由轧辊筒施加在工作材料上的接触力和轧辊筒的垂直位移。该方法还包括使用该处理器基于该接触力和该垂直位移计算工作材料硬度。基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系通过该处理器确定工作材料的弹性模量。

[0007] 本发明的另一实施例包括用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量的压实机系统。该压实机系统包括至少一个轧辊筒、至少一个传感器以及一处理器。该至少一个轧辊筒构造成压实工作材料。该至少一个传感器构造成感测压实机系统部件的力、垂直加速度和垂直位移中的至少一个。该处理器构造成响应于该至少一个传感器计算该至少一个轧辊筒和该工作材料之间的界面(接触面)处的接触力、响应于该至少一个传感器计算该至少一个轧辊筒的位移、以及基于该接触力和该位移计算该工作材料的硬度。该处理器还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定工作材料的弹性模量。

[0008] 本发明的另一实施例包括一种压实机系统，该压实机系统具有用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量的处理器。该处理器构造成基于由该压实机系统向工作材料施加的力和该压实机系统的垂直位移确定工作材料硬度。该处理器还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定工作材料的弹性模量。附图说明

[0009] 图1是根据本发明的一方面的压实机系统的侧视图。

[0010] 图2是控制器的实施例的框图的图示。

[0011] 图3是根据本发明的一方面的、描述在向下压实和向上缩回期间滚筒和地面之间的接触力的图表。

[0012] 图4A和4B是在本发明的一方面中，描述在压实期间的各种力和运动的自由体受力图。

[0013] 图5是在一部分所要压实的工作材料上的轧辊筒的图示。

[0014] 图6是描述了一种用于确定工作材料的弹性模量的方法的流程图。

具体实施方式

[0015] 本发明大体上涉及一种用于在工作材料被压实机或机器压实时，确定工作材料的具有工程单位的弹性模量的系统和方法。该方法包括在表面上布置松散材料，该材料可以被进一步压紧或压实。压实机或机器在布置的材料的表面上行进，产生与机器的重力配合作用的力，该力被施加到材料上，将材料压缩到具有更大的硬度和密度的状态。压实机可以在表面上经过一次或多次，以提供工作材料压实的期望程度。被压实的材料可以包括沥青、土壤、砂砾、沙子、填埋垃圾、混凝土等。在下文中，待压实的材料可以被称作工作材料。

[0016] 图1示出根据本发明的一方面的压实机系统的侧视图。在该视图中，示例性压实机系统10被示出成可以在表面S上行进，在其自身的动力下压实工作材料Z，并且可以实现本发明的各方面。考虑其它类型的压实机来实现公开的过程和装置，包括土壤压实机、沥青压实机、多用途压实机、气夯、振动式压实机、自推进式两轮和四轮压实机和后拖系统等。该压实机系统10包括压实机11，该压实机11包括主体或框架12，该主体或框架12操作性地互连和关联各种物理和结构特征件，这些特征件使得压实机11能够起作用。这些特征件可以包括安装在框架12的顶部上的操作员驾驶室20，操作员可以从操作员驾驶室20控制和指挥压实机11的工作。另外，转向特征件21和类似的控制器可以定位在操作员驾驶室20中。为了在表面S上推进压实机11，诸如内燃机的动力系统(未示出)也可以被安装至框架12，并且可以产生动力，该动力被转换成在物理上移动压实机11。一个或多个其它机具(未示出)可以被连接至机器。这些机具可以被用于多种任务，包括例如装载、举升、刷扫，并且可以包括例如铲斗、叉状提升装置、刷子、抓斗机、切割机、剪刀、刀片、破碎机/锤子、螺旋钻等。

[0017] 为了使得压实机11能够在物理上移动，所示的压实机11包括与表面S滚动接触的凸块滚筒24和橡胶轮胎22。应当意识到，机器11可以具有两个用于压实工作材料Z的轧辊筒，并且多个滚筒(或在单滚筒压实机的情况下是一个滚筒)可以是光滑的或装备有压实脚，例如凸块类型的设计。出于参考的目的，压实机11可以具有典型的行进方向，从而凸块滚筒24可以被认为是前滚筒，橡胶轮胎22被认为是机器11的后面。凸块(前)滚筒24和橡胶轮胎(后部)22可以是圆柱形结构，该结构可旋转地联接至框架12，并且可以相对于框架12旋转。由于其前部和后部位置及其尺寸，凸块滚筒(前部)24和橡胶轮胎(后部)22将压实机11的框架12支承在表面S上，并且允许其在表面S上行进。凸块滚筒(前部)24和橡胶轮胎(后部)22大体上横向或垂直于压实机11的行进方向取向。应当意识到，由于压实机11是可转向的，因此在操作期间，行进的前进方向可以改变方向，但是可以典型地通过参考凸块滚筒(前部)24的运动方向估定。在所示的方面，为了将动力从动力系统传递至表面S，动力系统可以通过适当的传动系在操作上接合和旋转橡胶轮胎(后部)22。

[0018] 为了有助于控制和协调压实机11，压实机11可以包括诸如电子控制单元的控制器40。尽管在图1中所示的控制器40被表示为单个单元，但是在其它方面中，控制器40可以被分成多个不同的但是相互作用的单元，这些单元被合并到另一部件中，或定位在压实机11上或外部的不同位置处。图2图示了可以包括控制器40的部件的实施例的框图。控制器40可以包括传感器32、相位传感器33、输入装置39、处理器42、存储器44、位置传感器46、显示器或输出48和振动系统(未示出)。控制器40的主单元可以定位在操作员驾驶室20中以使操作员可接近，并且可以与转向特征件21、动力系统和压实机11上的各种其它传感器和控制器通信。

[0019] 在美国专利申请No.14/163,900中描述了具有控制器的机器或压实机，该申请的内容通过引用结合在本文中(“'900申请”)。控制器使用由传感器感测到的值，以使用存储在存储器中的算法进行土壤压实计算，该值可以被存储在存储器中。因此，压实机11的一实施例可以包括如由'900申请公开的控制器构型。

[0020] 传感器32可以被配置成感测表征加速度、速度、位移和/或压实机11的部件的力的参数。所述部件可以包括凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22、轧辊筒(未示出)、压实机框架12等。传感器32可以包括信号变换器，该信号变换器被配置成感测所发送的信号或所发送的信号的分量。例如，由表面S反射的信号。如在图1中所示，单个传感器32示出为联接并驻留在凸块滚筒(前部)24上。在另一方面中，可以使用附加的传感器，例如与橡胶轮胎(后部)22或后部轧辊筒相关联的后部传感器(未示出)、定位成靠近凸块滚筒(前部)24和/或橡胶轮胎(后部)22的个体传感器或用于测量凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22、轧辊筒和压实机框架12的加速度和/或位移的分离的传感器。该压实机框架12可以被用于：

[0021] 在另一实施例中，传感器32可以包括多个不同的传感器。一个传感器32可以感测凸块滚筒(前部)24和/或橡胶轮胎(后部)22的垂直加速度，第二传感器32可以探测压实机框架12的垂直加速度。这些传感器32可以但是不需要定位成相互靠近。另外，每种类型的传感器32可以有多于一个定位在压实机11上。例如，可以具有感测凸块(前部)滚筒24的垂直加速度的传感器32和感测橡胶轮胎(后部)22或后部轧辊筒的垂直加速度的第二传感器32。尽管可以使用滚筒24、橡胶轮胎22和压实机框架12的加速度，但是滚筒加速度仅可以被用作原始信号。所使用的加速计可以是任何类型的加速计。这种加速计包括但不限于激光加速计、低频加速计、大量微加工电容式加速计、应变加速计和大量微加工压电式加速计。

[0022] 在一实施例中，传感器32可以感测力。在该情况下，传感器32可以是但不限于测压元件、应变仪等。

[0023] 在一实施例中，传感器32可以定位在轴30处或靠近该轴30。在另一实施例中，传感器32可以定位在框架12的中心处或靠近该框架12的中心。传送的信号可以包括例如经由与传感器32一起安装的发射机(未示出)传送的声音信号、射频信号或激光信号。传感器32可以包括诸如上述示例的非接触式传感器。

[0024] 压实机11还可以包括相位传感器33和位置传感器46。相位传感器33可以被配置成测量由凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒(未示出)向地面施加的振动力的相位角。相位可以被实时测量。驻留在压实机11上的位置传感器46可以被配置成接收全球或当地位置数据，在建立和追踪压实机11在工作区域中的地理位置中使用该数据。

[0025] 压实机11还可以包括与凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒相关联的振动性或振动系统(未示出)，以在工作材料Z上施加压实力。更特别地，除了将压实机11的力施加到工作材料Z上以施加压缩力之外，凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒中的振动系统可以操作成向工作材料Z施加附加的力。振动系统可以包括任何类型的系统，该系统通过凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒在工作材料Z上施加振动、振荡或其它往复力。

[0026] 如图2中所示，数据处理器42可以联接至传感器32、相位传感器33和位置传感器46。如下文所进一步说明的，数据处理器42可以被配置成输出响应于来自传感器32的输入的信号。显示器48也可以联接处理器42，并且可以定位在操作员驾驶室20中，以向操作员显示各种关于机器位置、地面硬度、弹性模量或其它参数的数据。可以响应于弹性模量或其它压实度量来采取措施，包括在工作区域中开始压实过程、停止压实机11的行进或改变方向或否则改变计划好的压实机行进路径或覆盖区图形。

[0027] 处理器42利用可以被存储在计算机可读存储器44中的由传感器32感测到的值，以使用存储在该存储器44中的算法确定弹性模量值。处理器42可以将所确定的弹性模量与预定的最小弹性模量值进行比较，该最小弹性模量值可以已经由输入装置39输入。如果所确定的弹性模量满足或超过最小弹性模量值，则处理器42可以向显示器48发送信号，传达工作材料Z已经被充分地压实。如果弹性模量值不满足或超过最小弹性模量值，则处理器42可以向显示器48发送信号，传达需要进一步压实。处理器的示例包括计算装置和/或专用的硬件，如在本文中所确定的但不限于一个或多个中央处理单元和微处理器。

[0028] 计算机可读存储器44可以包括随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)。存储器44可以存储计算机可执行代码，包括用于响应于来自传感器32的输入来确定工作材料Z的弹性模量值的控制算法。存储器44还可以存储各种数字化文件，包括由传感器32、相位传感器33或位置传感器46感测到的值。存储器44还可以存储输入装置39输入的信息。存储在存储器44中的信息可以被提供至处理器42，从而处理器可以确定弹性模量。

[0029] 显示器48可以定位在压实机11上、定位在远方或可以在机器和远方包括多个显示器，并且可以包括但不限于阴极射线管(CRT)、发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)或等离子显示板(PDP)。这种显示器还可以是触摸屏，并且可以包含输入装置39的方面。显示器48还可以包括收发器。收发器在如在本文中所确定的通信信道上通信。

[0030] 图3是根据本发明的一方面，描述在向下压实和向上缩回期间，凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒与地面S之间的接触力的图表300。特别地，图3是示出凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒和压实机框架12向地面S施加的总作用力(TAF)与凸块滚筒(前部)24、橡胶轮胎(后部)22和/或轧辊筒的位移进行比较的图表。特别地，该图表300示出滚筒工作302、304的多个周期。从最小位移308处开始，TAF约是40kN，位移约是0.9mm，跟踪图表到最大位移306，在最大位移306处，TAF约是75kN，位移约是1.9mm，表征压实过程的加载部分。从最大位移306的点处开始，继续向左到最小力310的点，表征压实过程的卸载部分。最小力310和最小位移308之间的位移被认为是地面S的回弹。应当注意，图3中的和上文所述的值仅是示例性的。

[0031] 图4A和4B示出了机械部件和在压实机系统10压实工作区域的表面期间出现的牛顿力的自由体受力图。压实机框架12质量的一部分Mf和滚筒—凸块滚筒(前部)24或轧辊筒(未示出)—的质量Md及其各自的加速度相结合，在表面S上形成向下的力Fe，以进一步压实表面S。凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒具有半径R和长度或宽度L(图5)。地面的反作用力用Fs表示。弹簧阻尼器系统Kf和ηf表征压实机11的阻尼机构性能。图4A表示了当加载或压缩地面时的压实机系统10。加载可以通过滚筒的伴随有渐增的接触力的向下运动被限定。这通过向下指向的力Fe图示出。图4B表示了当从地面卸载时的压实机系统10。卸载可以被限定为轧辊筒的伴随有渐减的接触力的向上运动。这由向上指向的力Fe图示出。位移是当凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒压缩地面时凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的高度与当凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒没有压缩地面时凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的高度之差。

[0032] 图5是一定体积的工作材料Z和具有长度或宽度L和半径R的凸块(前部)滚筒24或轧辊筒的横截面的示意图。工作材料Z具有厚度T，该厚度在压实过程期间可能减小。

[0033] 图6是描述了根据本发明的一实施例的用于使用所公开的系统确定经受压实的工作材料的弹性模量的方法的流程图。在压实过程期间，处理器42可以被配置成确定滚筒-地面接触面处的实时或接近实时的接触力和滚筒位移。使用这些值可以计算并在确定工作材料的实时或接近实时的弹性模量中使用地面硬度。

[0034] 在步骤602中，确定压实机框架12、凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒(未示出)的物理特性。在一实施例中，这可以在压实工作之前进行。物理特性可以包括凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的质量、压实机框架12施加在凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒上的质量、凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的半径和长度或宽度等。对于具体的压实机，这些特性可以恒定的。这些特性可以从输入装置39被手动地输入存储器44，或从存储在存储器44中的预存储值的数据库中选取。

[0035] 在604中，使用从步骤602确定的物理特性、凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的垂直加速度和压实机框架12的垂直加速度，以及如果需要的话，凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的振动特性，计算轧辊筒和工作材料之间的界面处的接触力。还可以通过使用传感器32确定接触力，传感器32可以包括诸如力传感器的直接感测。传感器32还可以感测轧辊筒24、22和压实机框架12的垂直加速度并感测振动特性。在一实施例中，传感器32可以是加速计。可以使用如下等式来计算轧辊筒-工作材料界面处的接触力：

[0036] 等式1：

[0037] 其中，Fs是接触力，Md是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的簧下质量(非簧载质量，unspring mass)，Mf是滚筒轴上的等效框架质量，是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的垂直加速度，是框架的垂直加速度，Fe是振动力振幅，ω0是振动力的角频率，是振动力的相位角。

[0038] 通过使用传感器32已经感测到的滚筒加速度值，可以计算凸块滚筒(前部)24和轧辊筒位移。为了从加速度值计算位移值，加速度值可以被积分两次。换句话说，可以根据下面的等式计算位移值：

[0039] 等式2：

[0040] 其中，x是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的位移，x0是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒在各抽样周期开始时的初始垂直位移，是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒在各抽样周期开始时的初始垂直速度，是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的垂直加速度。初始位移x0不影响能量和硬度计算，因此为了简化，其可以被设置成0。然而，初始垂直速度将影响能量和硬度计算。通过在完整的抽样周期—通常是两个或多个振动周期—期间产生零平均速度来确定初始垂直滚筒速度当压实水平地面时，凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的平均垂直速度几乎是0。然而，当在斜坡上压实时，平均垂直速度不是0。将平均垂直速度设置成0将排除由斜坡产生的影响。可设想其它的确定x的方法，包括作为距离传感器实现的传感器32。

[0041] 一旦计算出滚筒-地面界面处的接触力和凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的位移，就可以在606中计算地面硬度值。为了计算地面硬度值，所需要的信息是最大和最小TAF以及最大和最小轧辊筒位移值。可以根据下面的等式计算地面硬度值：

[0042] 等式3：

[0043] 其中，计算的单位是力/长度，该单位与硬度测量匹配。应当意识到，可以使用其它计算公式计算地面硬度值。

[0044] 在步骤608中，可以在确定工作材料弹性模量中使用在步骤606中确定的地面硬度。工作材料的弹性模量是工作材料状况的物理特性，与工作材料支承负荷的能力有关。通过将模量与地面硬度特性相关联来确定工作材料的模量。下面的等式是该关系的一实施例：

[0045] 等式4：

[0046] 其中，kdyn是之前从等式3计算出的地面硬度值，具有力/长度的单位。该等式示出地面硬度和弹性模量之间的关系的一个实施例。应当意识到，可以使用其它关于地面硬度和弹性模量的等式或关系。

[0047] 在等式4中，v是被压实的工作材料的泊松比，L是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的长度或宽度，Md是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的簧下质量，Mf是滚筒轴上的等效框架质量，R是凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的半径，E表示工作材料的弹性模量，常数g表示重力加速度。与从等式1确定接触力Fs一样，需要如在步骤602期间确定的压实机11的物理特性。除了框架质量Mf和凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的簧下质量Md之外，凸块滚筒(前部)24和/或轧辊筒的长度或宽度L和半径R的尺寸也被用于确定模量E。得到的模量E将具有力/面积的单位。另外，需要工作材料的物理特性，包括泊松比v。泊松比是工作材料的横向与轴向应变的比值，其将主要取决于被压实的工作材料。对于通常使用的工作材料，泊松比的范围可以在0.20和0.50之间。对于在该范围的较高一端的材料(例如饱和粘土)，材料的体积在压实期间可能仅略微减小。对于在该范围的较低一端的材料(例如混凝土、沙子、粘土)，体积的变化可能更加明显。应当意识到，比值的该范围仅是示例性的，并且本发明可以应用于具有该范围以外的泊松比的材料。

[0048] 在弹性模量E的确定中，处理器42可以被配置成使用迭代法来解等式4。这可以包括数学程序，对于给出的等式，该数学程序产生改进的近似解序列。可以使用预调节因子，例如初始模量值，例如之前的压实机路径的模量，预调节因子可以帮助增加收敛速率。

[0049] 可以在压实过程期间由处理器42进行弹性模量E的确定。一旦确定了弹性模量，则在步骤610中，处理器42可以将该值与被压实的工作区域的预定的阈值弹性模量进行比较。阈值可以是由使用者经由输入装置39输入的值或存储的值。在614中，如果模量低于阈值，则处理器42可以向显示器48发送信号，以表明需要进一步压实。操作员可以通过进行更多经过来进一步压实工作材料，直到所确定的弹性模量达到阈值。然后对各连续的压实机经过重复工序604、606、608和610。一旦弹性模量满足对于工作区域所需的阈值弹性模量，则处理器42可以向显示器48发送不需要进一步的压实的信号，并且该过程在612处结束。

[0050] 工业适用性

[0051] 本发明提供了一种用于在压实过程期间确定工作材料的弹性模量的有利的系统和方法。该系统使用压实机和工作材料的物理特征，结合轧辊筒和框架的力和加速度，精确并有效地确定实时或接近实时的弹性模量。不需要用于压实工作材料和测量弹性的多步骤过程，该系统将压实和确定模量综合到一个过程中。

[0052] 该系统和方法允许压实机操作员得到被压实的一种或多种材料的压实度响应的精确指示。特别地，操作员可以能够精确地确定工作材料何时已经被压实到所需要的阈值。另外，由于弹性模量具有工程单位，因此其允许更广泛的应用范围，包括但不限于被设计工程师用于建造和开发(例如道路、建筑物等)。由于设计指南可以在确定工作材料的硬度时使用弹性模量作为原始输入参数，工程师可以利用该压实方法来保证依从说明书要求。

[0053] 尽管在本文中使用有限数量的实施例描述了本发明，但是这些具体实施例不意在将本发明的范围限制成在本文中所描述和所要求的范围。存在来自所描述的实施例的改变和变型。更特别地，下面的示例被给定成所要求的发明的实施例的特殊图示。应当理解的是，本发明不限于在示例中所提出的具体细节。

标题	发布/更新时间	阅读量
用于确定弹性模量的系统和方法	2020-05-11	572
测量涂层弹性模量的方法	2020-05-11	714
具有高强度和超低弹性模量的钛合金	2020-05-11	73
混凝土静力受压弹性模量自动测定仪	2020-05-12	448
一种多试样高温弹性模量测试仪	2020-05-12	349
在线检测油液弹性模量的装置及方法	2020-05-12	346
杨氏弹性模量莫尔干涉测量仪	2020-05-13	190
一种检测玉米秸秆弹性模量的装置	2020-05-13	562
一种高弹性模量铝合金	2020-05-11	587
细胞的弹性模量的检测系统及细胞的弹性模量的检测方法	2020-05-11	820

用于确定弹性模量的系统和方法

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