[發(fā)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

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• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112304741B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯宏;李龍飛;楊建華;鄧雯
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置及方法，在光滑管道的中部放置有若干個鋼球組成斜折鏈的球體鏈，頂部設(shè)有一個電磁鐵，光滑管道中設(shè)有連接信號采集裝置的傳感器，在光滑管道的水平面端部設(shè)有薄鋁片進行封底，被測材料置于薄鋁片側(cè)部。通過對球體鏈端部的電磁鐵加電斷電，光滑管道最頂部的鋼球被吸起落下，撞擊球體鏈產(chǎn)生孤立波和反射波；利用相對位移與楊氏模量的關(guān)系，得到折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量。本發(fā)明解決了現(xiàn)有孤立波測試材料楊氏模量技術(shù)不能在水平方向進行彈性模量測試問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及彈性材料楊氏模量的測試方法，特別是一種基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置及方法。

背景技術(shù)

楊氏彈性模量(簡稱楊氏模量)是彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì)，標(biāo)志了材料的剛性。楊氏模量是工程技術(shù)設(shè)計中常用的參數(shù)，也是選定機械零件材料的重要依據(jù)之一。楊氏模量的測定對研究金屬材料、光纖材料、半導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橋梁、公路等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，廣泛應(yīng)用于機械零部件設(shè)計、生物力學(xué)、建筑強度檢測、地質(zhì)等領(lǐng)域。在日常生活中，楊氏模量測量的應(yīng)用非常廣泛，如工人需要定時檢測橋梁結(jié)構(gòu)的剛性、公路路面的剛性，以保證行駛車輛的安全；醫(yī)學(xué)中各重金屬材料的應(yīng)用也越來越多(如鈦合金材料、仿生手臂等)，也需要監(jiān)測金屬材料的楊氏模量，確保在人體內(nèi)的正常運行；在飛機安全檢測中，工作人員需要時刻檢測機體各個部分材料的剛性，以確保飛機能夠安全飛行。因此，楊氏模量的測量在人們生活的各個方面都有重要的意義。

材料楊氏模量的測定在許多工程領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，常用的方法包括有損檢測和無損檢測兩種。其中，無損檢測技術(shù)以其不損害檢測對象使用性能、不傷害被檢測對象內(nèi)部組織的優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。在眾多無損檢測方法中，超聲檢測占有重要地位，具有被測對象范圍廣，檢測深度大；檢測缺陷時定位準(zhǔn)確，檢測靈敏度高；對人體無害以及便于現(xiàn)場使用等特點。常用來檢測材料楊氏模量的方法稱為超聲脈沖速度檢測，通過測量超聲脈沖在被測材料中傳播速度，來確定材料楊氏模量。但是超聲脈沖速度檢測方法的儀器成本高，超聲脈沖在介質(zhì)中傳播時衰減大、容易發(fā)生折反射現(xiàn)象，測量時需要已知被測對象的深度。

現(xiàn)有技術(shù)是利用豎直鏈對被測材料的楊氏模量進行檢測，因此只能在豎直方向上對材料進行檢測，而不能在橫向上進行測量楊氏模量，對于一些已經(jīng)被固定的部件(不能從豎直方向上進行測量的情形)并且還需要知道其楊氏模量的情況下，就顯得很有局限性。如果采用水平鏈，就需要引入一定的預(yù)壓力(沒有預(yù)壓力球體之間容易脫節(jié)，不便測量)，這種情況下會增加儀器的復(fù)雜性和成本，水平鏈一般利用PZT的活塞運動方法能在短時間內(nèi)產(chǎn)生足夠多的孤立波信號，但是由此產(chǎn)生的擾動力幅值低，生成的孤立波信號的信噪比較低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種有一定初始預(yù)壓力，并且能在橫向上進行測量的球體鏈結(jié)構(gòu)的基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試方法，該方法解決了現(xiàn)有孤立波測試材料楊氏模量技術(shù)不能在水平方向進行彈性模量測試問題。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

一種基于折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試裝置，包括電磁鐵、光滑管道、鋼球、細導(dǎo)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(jié)構(gòu)，在光滑管道的頂部設(shè)有一個電磁鐵，在水平面光滑管道中設(shè)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(shè)有薄鋁片進行封底，被測材料置于薄鋁片側(cè)部。

作為優(yōu)選，所述傳感器包括鋼柱、PZT薄片和細導(dǎo)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(cè)，PZT薄片連接兩根細導(dǎo)線連接至信號采集裝置。

作為優(yōu)選，所述薄鋁片正中間打有一個5mm直徑的孔。

進一步，本發(fā)明給出了所述裝置的折鏈高度非線性孤立波的楊氏模量測試方法，包括以下步驟：

1)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；