[發明專利]材料動態測量方法

有效

• 申請號: 201911324552.7
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111122320B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 應鵬飛;陳文韜;葛宇龍;夏勇;周青
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06;G01H11/06
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 魏朋

本申請提供一種材料動態測量方法，可以用于消除材料動態拉伸試驗中振鈴效應，利用單一模態振動傳感器和測量電路，使得測量信號僅含有單一模態軸向振動信號，并通過單自由度振動系統模型推導出真實信號求解方程。此時，僅需要控制整個系統振動模態，而對振動頻率本身沒有太多要求，克服了傳統方法由于固有頻率提升有限，無法用于更高應變率試驗的問題。并且，測量信號中單一的振動成分為數據，為消除振鈴效應提供便利。根據求解方程，可以較為準確的恢復真實信號，不會造成明顯信息丟失。

技術領域

本申請涉及應變率材料技術領域，特別是涉及一種材料動態測量方法。

背景技術

材料拉伸過程中，在中高應變率下，加載載荷會引起振動，這些振動可能是軸向振動也可能是彎曲振動。多種振動形式疊加的振動信號被傳感器記錄，進而在輸出曲線上出現許多振蕩，稱之為振鈴效應。在此過程中，一般認為傳感器在試驗中的全結構變形為彈性，并使應變片產生彈性變形，進而產生線性的電阻變化與試件載荷關系，通過合適的電橋設計可以得到線性的輸出電信號與截面力關系，而振鈴效應會破壞這種線性關系。

然而，傳統的材料動態測量方法中，通常提高系統固有頻率或增加系統的阻尼比抑制振鈴效應，將振鈴效應對測量信號的影響限制在可接受的范圍內。但是由于實際測量系統與簡化模型之間存在一定差距，傳統的材料動態測量方法只能給出大致優化指導，對固有頻率的提升是有限的，無法適用于較高應變率工況測量工作，從而使得傳統的材料動態測量方法泛用性差。

發明內容

基于此，有必要針對傳統的材料動態測量方法泛用性差的問題，提供一種材料動態測量方法。

本申請提供一種材料動態測量方法，包括：

S110，提供軸向振動測量系統，所述軸向振動測量系統包括傳感器，所述傳感器包括待測件固定部、夾持部、應變片固定位以及多個應變片，所述待測件固定部具有中心對稱軸，所述夾持部垂直固定于所述待測件固定部一表面的中心，所述夾持部的軸線通過所述中心對稱軸，所述應變片固定位位于所述夾持部靠近所述待測件固定部的一端，所述待測件固定部用以固定待測件，所述多個應變片中每兩個所述應變片設置于所述應變片固定位相對表面位置，并一一相對設置；

S120，將所述軸向振動測量系統中所述待測件固定部等效為質量塊，將所述夾持部等效為阻尼和彈簧，所述質量塊、所述阻尼和所述彈簧形成單自由度振動模型；

S130，根據牛頓第二定律獲得所述單自由度振動模型的受迫振動微分方程mx″(t)+cx′(t)+kx(t)＝F(t)，其中x(t)為所述軸向振動測量系統等效位移，F(t)為所述傳感器受到的軸向拉力，m為所述軸向振動測量系統等效質量、c為所述軸向振動測量系統的等效阻尼、k為所述軸向振動測量系統等效彈性系數；

S140，將測量信號與所述軸向振動測量系統等效位移的線性關系式x(t)＝pV(t)代入所述受迫振動微分方程中，并根據阻尼比和固有頻率，獲得解析方程

其中，p為常數，ω₀為所述單自由度振動模型的無阻尼固有振動角頻率，ξ為所述單自由度振動模型的阻尼比，V(t)為所述測量信號，V_r(t)為真實信號；

S150，當所述待測件斷裂后，根據所述解析方程，獲得尾波自由振動微分方程對所述獲得尾波自由振動微分方程求解并增加零飄項B，獲得所述應變片的尾波信號

其中，尾波振幅A、所述零飄項B、所述阻尼比ξ、所述無阻尼固有振動角頻率ω₀、進入尾波時間t₀均為常數。