[發明專利]基于線陣相機的高速應變測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201410631316.0
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN105651598A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 宋翠翠;陳廣強;吳博;龐承煥;楊純兒
• 申請（專利權）人: 金發科技股份有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N21/84
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明涉及一種高速應變測試裝置及方法，尤其是一種基于線陣相機的高速應變 測試裝置及方法，屬于材料力學行為測試領域。

背景技術

在材料力學性能表征中，拉伸測試因其可以得到拉伸強度、伸長率、彈性模量、 泊松比等指標而成為表征材料性能最重要的手段之一。通常我們可以達到的拉伸測試 速率為1-2000mm/min，對比于我們日常生活中接觸的運動而言，速率是相當慢的，可 以看做是應變速率很低的準靜態的運動過程。然而材料在不同應變速率下的力學行為 是不同的。也就是說，通常條件下測試所得的材料的性能不同于高應變速率下材料的 性能。然而現如今，對于材料低應變速率下的力學行為已有一定的研究。對于高應變 速率下的力學行為的研究卻少之又少。然而材料在高應變速率下的力學性能又是十分 重要的。在諸多應用中需要預測材料制品在高速狀態下的性能，如汽車碰撞、子彈沖 擊、電子電器產品的跌落等。在制品的設計、選材等階段，通常應用軟件來模擬產品 實際使用情況下的性能，如應用于汽車碰撞模擬分析的CAE技術。通常軟件模擬需要 輸入大量的數據參數，如彈性模量、拉伸強度、斷裂伸長率、應力-應變曲線等。其經 常應用的應力-應變曲線需要橫跨多個數量級，從0.001/s-1000/s不等，基本涵蓋日常所 遇到的問題。

高應變速率下的應力-時間曲線可以由高速拉伸試驗機測得。高速拉伸試驗機采用 液壓驅動的方式可以實現高應變速率的拉伸測試，能夠給出準確的應力-時間曲線，但 無法準確的給出樣品在任意段長度內的應變。通常測試應變的方法為采用引伸計測試。 引伸計是材料試驗機的重要部件，用來測量被測試樣在拉伸、壓縮、震動狀態以及斷 裂過程中的微小形變量。引伸計需具有高精度、高靈敏度、高可靠性。目前引伸計主 要有兩種類型：接觸式引伸計以及非接觸式引伸計。接觸式引伸計大都與試樣相接觸， 當測試速度較高時，接觸式引伸計無法準確給出材料的應變。因此，高速測試時，大 都采用非接觸式引伸計。而對于非接觸式引伸計如發明專利《201010522618.6一種虛 擬光學引申計及其測量方法》、發明專利申請《200410062273.5非接觸式光學數字引申 計》，這些引伸計對于低速下應變測試將會取得很好的結果，但是對于應變率較高(如 1/s-1000/s)的測試，結果卻不是很理想。為了達到高速下測試應變的需求，近年來常 采用兩種方法：LVDT引伸計測試法與高速攝像機測試法。LVDT引伸計內置于液壓式 高速拉伸試驗機的內部，只能測試夾具間的長度方向的應變，無法測量樣品任意一段 長度內的應變；高速攝像機可以測試樣品全場的應變，但其文件所占空間大，而且高 速攝像機價格昂貴，通常不作為測試首選。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術高應變速率下的應變測試缺陷，提供一種 結構簡單、操作方便的基于線陣相機的高速應變測試裝置。

本發明的另一目的在于提供一種上述基于線陣相機的高速應變測試裝置的高速應 變測試方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

基于線陣相機的高速應變測試裝置，包括高速拉伸試驗機、光源、線陣相機以及 計算機，所述高速拉伸試驗機用于裝入待測樣品，并使待測樣品在高速下產生拉伸變 形；所述待測樣品位于高速拉伸試驗機的上部、中部或下部，所述光源設置在可照射 到待測樣品的位置上，所述線陣相機的鏡頭朝向待測樣品；所述高速拉伸試驗機和線 陣相機分別通過信號線與計算機連接。

優選的，所述裝置還包括光源支撐架，所述光源固定在光源支撐架上。

優選的，所述裝置還包括相機支撐架，所述線陣相機固定在相機支撐架上。

優選的，所述高速拉伸試驗機的速度控制范圍為1mm/min～20m/s，機器載荷為 1～160kN，數據采集頻率為0.0001～20MHz，剛度為10～50KN/um，最大精度≤0.01N， 固有頻率為10～50kHz。

優選的，所述待測樣品為塑料、鋼材、復合材料或紡織品，其厚度≤1.5cm。

優選的，所述線陣相機的最高采集頻率≥70KHz。

優選的，所述光源為光纖冷光源。

本發明的另一目的可以通過采取如下技術方案達到：

基于權利要求1所述裝置的高速應變測試方法，其特征在于包括以下步驟：

1)選取目標測試樣品，將待測樣品進行標記制樣，制樣后置于陰涼干燥處晾干；