[發明專利]基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202011141897.1
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112304741B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 侯宏;李龍飛;楊建華;鄧雯
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01H11/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在光滑管道的中部放置有若干個鋼球組成球體鏈，對球體鏈端部的電磁鐵加電，光滑管道最頂部的鋼球被吸起；

2)對電磁鐵斷電，無磁性控制，被吸起第一顆球體下落，沿著光滑管道運動，以一定的初速度撞擊成鈍角狀斜折鏈結構的球體鏈，產生孤立波；

3)在水平面光滑管道中設有傳感器，孤立波沿球體鏈傳播至傳感器，球體鏈對傳感器左側鋼柱產生壓力，在光滑管道的水平面端部設有薄鋁片，壓力傳播到PZT薄片上，信號采集裝置采集產生的信號；

4)孤立波經由傳感器之后繼續傳播至光滑管道底端產生反射波；反射波沿球體鏈往回傳播，再次經過傳感器時，再次采集一次信號傳輸至信號采集裝置；

5)重復步驟1)～4)，信號采集裝置將獲取的若干次孤立波和反射波信號，利用鋼球與鋼球、鋼球與鋼柱、鋼球與被測材料之間的相對位移與楊氏模量的關系，利用MATLAB解算出被測材料楊氏模量，得出被測材料楊氏模量與時間差的關系，從而得到折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量。

2.根據權利要求1所述的基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試方法，其特征在于，所述鋼球與鋼球、鋼球與鋼柱之間的相互作用力均為赫茲接觸力F，鋼球與鋼球、鋼球與鋼柱之間的楊氏模量的計算如下：

F＝Aδ^3/2

式中，r為鋼球半徑，mm；v為鋼球泊松比；E為鋼球楊氏模量，GPa；δ為鋼球間相對位移，mm；A為鋼球與鋼球、鋼球與鋼柱之間的接觸系數。

3.根據權利要求1所述的基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試方法，其特征在于，鋼球與被測材料之間的相互作用力為赫茲接觸力Fw，鋼球與被測材料之間的楊氏模量的計算如下：

F_w＝A_wδ′^3/2

式中，r為鋼球半徑，mm；v為鋼球泊松比；E為鋼球楊氏模量，GPa；ν_w為被測材料泊松比；E_w為被測材料楊氏模量，GPa；δ′為球體與被測材料間相對位移，mm；A_w為鋼球與被測材料之間的接觸系數。

4.根據權利要求1所述的基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試方法，其特征在于，F1，F2分別為拐角處相鄰鋼球之間的赫茲接觸力，Ft為光滑管道對鋼球的支撐力，其關系式如下：

Ft＝F1+F2。

5.一種權利要求1-4任一項所述方法采用的基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置，其特征在于，包括電磁鐵、光滑管道、鋼球、細導線、傳感器、薄鋁片和信號采集裝置；在光滑管道的中部放置有若干個鋼球組成球體鏈，球體鏈成鈍角狀斜折鏈結構，在光滑管道的頂部設有一個電磁鐵，在水平面光滑管道中設有傳感器，傳感器連接信號采集裝置，在光滑管道的水平面端部設有薄鋁片進行封底，被測材料置于薄鋁片側部。

6.根據權利要求5所述的一種基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置，其特征在于，所述傳感器包括鋼柱、PZT薄片和細導線；兩個鋼柱分別通過絕緣雙面膠帶把兩個鋼柱分別連接于PZT薄片兩側，PZT薄片連接兩根細導線連接至信號采集裝置。

7.根據權利要求5所述的一種基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置，其特征在于，所述薄鋁片正中間打有一個5mm直徑的孔。