專利名稱：一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)變測(cè)量方法及測(cè)量裝置，具體為一種基于光透過測(cè)量 技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)變測(cè)量方法主要有電阻應(yīng)變法，使用機(jī)械式電子引伸計(jì)，以 及采用激光全息干涉技術(shù)等等。但是電阻應(yīng)變方法中由于受到應(yīng)變片自身面積的影響，對(duì) 表面積較小的試樣進(jìn)行測(cè)量時(shí)往往不適用，而且應(yīng)變片自身還有強(qiáng)度限制，當(dāng)需要進(jìn)行大 形變測(cè)量時(shí)，電阻應(yīng)變方法往往也不適用；而使用機(jī)械式電子引伸計(jì)時(shí)，需要夾在試樣上， 被測(cè)面太小或太大都不適用，且所測(cè)材料的剛度必須足夠大，否則材料受引伸計(jì)作用產(chǎn)生 的應(yīng)變將影響材料自身的應(yīng)變；激光全息干涉技術(shù)中設(shè)備較昂貴，并且在檢測(cè)時(shí)受機(jī)械振 動(dòng)、聲振動(dòng)(如環(huán)境噪聲)以及環(huán)境光等的干擾大等等，因此需要在安靜、清潔的暗室中進(jìn) 行檢測(cè)，對(duì)環(huán)境要求很高。這些方法都不適合應(yīng)用于小試驗(yàn)面積材料、柔性材料和大形變情 況應(yīng)變的快速方便測(cè)量中。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有方法不適合應(yīng)用于小試驗(yàn)面積材料、柔性材料和大形變情況應(yīng)變的快 速方便測(cè)量中的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法及其裝置。技術(shù)方案所述的一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、在試樣試驗(yàn)段兩側(cè)固定兩根相互平行的剛性引針，剛性引針與試樣試驗(yàn)段 拉伸方向的中心軸線垂直，剛性引針長(zhǎng)度大于試樣試驗(yàn)段的寬度；步驟2、采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的距離&和民，以&和民的 平均距離S = (VSr)/2作為試樣試驗(yàn)段的初始長(zhǎng)度S，其中Si和民的測(cè)量位置位于試樣 試驗(yàn)段兩側(cè)，且與試樣試驗(yàn)段拉伸方向中心軸線的距離相等；步驟3、拉伸試樣，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的距離 S' p測(cè)量位置與步驟2中測(cè)量位置相同，以S'r的平均距離S'= (S' ！+S'》/2作為試樣試驗(yàn)段的長(zhǎng)度S'，通過公式= (S-S' )/S實(shí)時(shí)得到試樣試 驗(yàn)段的應(yīng)變￡ ‘；步驟4、達(dá)到設(shè)定的拉伸力時(shí)，停止拉伸試樣，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)測(cè)量?jī)筛鶆?性引針間的距離s"p測(cè)量位置與步驟2中測(cè)量位置相同，以S"r的平均 距離S" = (S" ！+S"》/2作為試樣試驗(yàn)段的最終長(zhǎng)度S"，并通過公式e “ = (S-S" )/ S得到試樣試驗(yàn)段的最終應(yīng)變￡ “。本發(fā)明所述一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法的優(yōu)選方法，其特征在于當(dāng)試樣材料為金屬材料時(shí)，使用錫焊固定剛性引針；當(dāng)試樣材料為非金屬材料時(shí)，使用粘膠 固定剛性引針。本發(fā)明所述一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法的優(yōu)選方法，其特征在于 剛性引針為粗細(xì)均勻的圓柱引針，且硬度至少達(dá)到45HRC。一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法的裝置，其特征在 于包括金屬試驗(yàn)臺(tái)和光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)，金屬試驗(yàn)臺(tái)通過底部的卡孔固定在試驗(yàn)機(jī)平臺(tái) 上，金屬試驗(yàn)臺(tái)上部有兩個(gè)測(cè)微計(jì)安放槽，兩個(gè)測(cè)微計(jì)安放槽之間為對(duì)稱標(biāo)記，對(duì)稱標(biāo)記上 方有對(duì)中槽，對(duì)中槽與對(duì)稱標(biāo)記縱向中心軸線重合；光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)放置在測(cè)微計(jì)安放 槽內(nèi)，且緊貼在對(duì)稱標(biāo)記上；當(dāng)帶有剛性引針的試樣加裝在試驗(yàn)機(jī)上時(shí)，通過對(duì)中槽將試樣 對(duì)中。有益效果本發(fā)明通過光透過測(cè)量技術(shù)測(cè)量剛性引針在拉伸過程中的距離變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小 試驗(yàn)面積材料和大形變情況應(yīng)變及應(yīng)力的快速方便測(cè)量?？朔爽F(xiàn)有測(cè)量方法的缺陷，較 好地彌補(bǔ)了幾種方法應(yīng)用的盲區(qū)。


圖1 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 金屬試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3:試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)示意圖；圖4 光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)測(cè)量原理圖；圖5 狗骨形試樣的示意圖；其中1、金屬試驗(yàn)臺(tái)；2、光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)；3、試樣；4、剛性引針；5、試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)； 6、測(cè)微計(jì)安放槽；7、對(duì)稱標(biāo)記；8、對(duì)中槽；9、減輕孔；10、卡孔；11、試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)基座；12、試 驗(yàn)機(jī)平臺(tái)安裝凸起；13、光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)發(fā)射端；14、光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)接收端。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例具體說明本發(fā)明參照附圖1、附圖2和附圖3，本發(fā)明所述基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量裝置包 括金屬試驗(yàn)臺(tái)1和光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2，金屬試驗(yàn)臺(tái)1通過底部的卡孔10固定在試驗(yàn)機(jī)平 臺(tái)5上；金屬試驗(yàn)臺(tái)1上部有兩個(gè)測(cè)微計(jì)安放槽6，兩個(gè)測(cè)微計(jì)安放槽6之間為對(duì)稱標(biāo)記7， 對(duì)稱標(biāo)記7上方有對(duì)中槽8，對(duì)中槽8與對(duì)稱標(biāo)記7縱向中心軸線重合；光透式數(shù)字測(cè)微計(jì) 2放置在測(cè)微計(jì)安放槽6內(nèi)，且緊貼在對(duì)稱標(biāo)記7上，使用測(cè)微計(jì)卡具將光透式數(shù)字測(cè)微計(jì) 2與金屬試驗(yàn)臺(tái)1固定；帶有剛性引針4的試樣3加裝在試驗(yàn)機(jī)上，且試樣試驗(yàn)段中心軸線 與對(duì)中槽8對(duì)齊，保證兩臺(tái)光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2的測(cè)量位置距試樣試驗(yàn)段中心軸線的距離 相等。本實(shí)施例中，采用上述應(yīng)變測(cè)量裝置對(duì)矩形純銅試樣和狗骨形純銅試樣(附圖5 中給出了狗骨形式樣的形狀圖)進(jìn)行了應(yīng)變測(cè)量，其中使用的光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2的型號(hào) 為KEYENCE公司生產(chǎn)的LS-7010，矩形純銅試樣尺寸為16 X 1 X 9 (mm)，狗骨形純銅試樣中間 試驗(yàn)段段尺寸為6X1X6 (mm)。
首先，在矩形純銅試樣和狗骨形純銅試樣的試驗(yàn)段兩側(cè)采用錫焊方法固定兩根相 互平行的剛性引針4，剛性引針與試樣試驗(yàn)段拉伸方向的中心軸線垂直，且剛性引針4的長(zhǎng) 度大于試樣試驗(yàn)段的寬度；使用的剛性引針4為粗細(xì)均勻的圓柱型引針，硬度達(dá)到45HRC。其次，將固定有剛性引針4的式樣3加裝在試驗(yàn)機(jī)上，且試樣試驗(yàn)段中心軸線與 對(duì)中槽8對(duì)齊，保證兩臺(tái)光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2的測(cè)量位置距試樣試驗(yàn)段中心軸線的距離相 等。采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的距離St和民，Sx為試樣試驗(yàn)段左側(cè)測(cè) 量位置測(cè)出的距離，Sr為試樣試驗(yàn)段右側(cè)測(cè)量位置測(cè)出的距離，以&和民的平均距離S = (VSr)/2作為試樣試驗(yàn)段的初始長(zhǎng)度S。接下來，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，拉伸試樣，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸?4間的距離S' jPS' p以S' jPS' r的平均距離S' = (S' ！+S'』/2作為試樣試驗(yàn) 段的長(zhǎng)度S'，通過公式￡ ‘ = (S-S' )/S實(shí)時(shí)得到試樣試驗(yàn)段的應(yīng)變￡ ‘。而將實(shí)時(shí)得 到的式樣應(yīng)變值與拉伸機(jī)提供的應(yīng)力值相結(jié)合，繪制出應(yīng)力應(yīng)變曲線。最后，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)達(dá)到設(shè)定的拉伸力時(shí)，停止拉伸試樣，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2測(cè) 量?jī)筛鶆傂砸?間的距離S" JPS" r，以S" jPS" r的平均距離S" = (S" ！+S" r)/2 作為試樣試驗(yàn)段的最終長(zhǎng)度S"，并通過公式￡ “ = (S-S" )/S得到試樣試驗(yàn)段的最終應(yīng) 變￡ 〃。其中，在獲得試樣試驗(yàn)段的初始長(zhǎng)度S和試樣試驗(yàn)段的最終長(zhǎng)度S"時(shí)，采用了如
下處理方法在靜態(tài)力下，使用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)2以2400次/秒的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，持
續(xù)采集數(shù)據(jù)10秒，從而得到足夠多數(shù)據(jù)，以測(cè)量&為例，設(shè)采集10秒共取得&的24000個(gè)
數(shù)據(jù)為、 ，得到均值為 —J 24000r =- 7 r.
24000 t^
標(biāo)準(zhǔn)差為
<j =
240002
Z (u)
23999使用拉依達(dá)準(zhǔn)則，剔除粗大誤差，即排除在之外的值，用剩余數(shù)據(jù)再求一
次得到均值MS; = Zi。其余民、s“丄和s“ r以同樣方法得到。下面給出了在700N和1400N拉伸力下，本方法的應(yīng)變測(cè)量測(cè)量結(jié)果與電阻應(yīng)變 法、通過拉伸機(jī)測(cè)得的總體應(yīng)變以及理論計(jì)算值之間的對(duì)比結(jié)果。其中由于在1400N拉伸 力下，應(yīng)變片被拉斷，所以沒有此條件下的電阻應(yīng)變法結(jié)果，而且在1400N拉伸力下，進(jìn)入 塑性變形階段，也沒有理論模型。此外，通過拉伸機(jī)測(cè)得的總體應(yīng)變主要用于矩形式樣對(duì) 比，這是因?yàn)榫匦问綐拥目傮w應(yīng)變應(yīng)與局部應(yīng)變相同，狗骨形式樣則不然。另外，在理論計(jì) 算中，由于狗骨型式樣形狀不規(guī)則，無法計(jì)算出理論值。拉伸力試樣類型本系統(tǒng)電阻應(yīng)變法拉伸機(jī)測(cè)得 總體應(yīng)變理論值1400N矩形16.978%—11.631%一狗骨形29.39%—一一700N矩形0.21%10.08%1.68%0.108%狗骨形0.39%23.69%一— 從表中的結(jié)果可以看出，對(duì)小試驗(yàn)面積和大形變?cè)嚇?，傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變法不僅在 測(cè)量范圍上很有局限，在承受范圍內(nèi)的測(cè)量結(jié)果也存在較大誤差；而本系統(tǒng)實(shí)測(cè)應(yīng)變得到 的結(jié)果與理論值和拉伸機(jī)測(cè)得總體應(yīng)變都比較接近，且測(cè)量范圍很大，可實(shí)際運(yùn)用。
權(quán)利要求
一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、在試樣試驗(yàn)段兩側(cè)固定兩根相互平行的剛性引針，剛性引針與試樣試驗(yàn)段拉伸方向的中心軸線垂直，剛性引針長(zhǎng)度大于試樣試驗(yàn)段的寬度；步驟2、采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的距離Sl和Sr，以St和Sr的平均距離S＝(Sl+Sr)/2作為試樣試驗(yàn)段的初始長(zhǎng)度S，其中Sl和Sr的測(cè)量位置位于試樣試驗(yàn)段兩側(cè)，且與試樣試驗(yàn)段拉伸方向中心軸線的距離相等；步驟3、拉伸試樣，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的距離S′l和S′r，測(cè)量位置與步驟2中測(cè)量位置相同，以S′l和S′r的平均距離S′＝(S′l+S′r)/2作為試樣試驗(yàn)段的長(zhǎng)度S′，通過公式ε′＝(S S′)/S實(shí)時(shí)得到試樣試驗(yàn)段的應(yīng)變?chǔ)拧?；步驟4、達(dá)到設(shè)定的拉伸力時(shí)，停止拉伸試樣，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的距離S″l和S″r，測(cè)量位置與步驟2中測(cè)量位置相同，以s″l和S″r的平均距離S″＝(S″l+S″r)/2作為試樣試驗(yàn)段的最終長(zhǎng)度S″，并通過公式ε″＝(S S″)/S得到試樣試驗(yàn)段的最終應(yīng)變?chǔ)拧濉?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于當(dāng) 試樣材料為金屬材料時(shí)，使用錫焊固定剛性引針；當(dāng)試樣材料為非金屬材料時(shí)，使用粘膠固 定剛性引針。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于剛 性引針為粗細(xì)均勻的圓柱引針，且硬度至少達(dá)到45HRC。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法的裝置，其特征在 于包括金屬試驗(yàn)臺(tái)和光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)，金屬試驗(yàn)臺(tái)通過底部的卡孔固定在試驗(yàn)機(jī)平臺(tái) 上，金屬試驗(yàn)臺(tái)上部有兩個(gè)測(cè)微計(jì)安放槽，兩個(gè)測(cè)微計(jì)安放槽之間為對(duì)稱標(biāo)記，對(duì)稱標(biāo)記上 方有對(duì)中槽，對(duì)中槽與對(duì)稱標(biāo)記縱向中心軸線重合；光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)放置在測(cè)微計(jì)安放 槽內(nèi)，且緊貼在對(duì)稱標(biāo)記上；當(dāng)帶有剛性引針的試樣加裝在試驗(yàn)機(jī)上時(shí)，通過對(duì)中槽將試樣 對(duì)中。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于光透過測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量方法及其裝置，其方法特征在于在試樣試驗(yàn)段兩側(cè)固定兩根相互平行的剛性引針，剛性引針與試樣試驗(yàn)段拉伸方向的中心軸線垂直，剛性引針長(zhǎng)度大于試樣試驗(yàn)段的寬度，采用光透式數(shù)字測(cè)微計(jì)測(cè)量?jī)筛鶆傂砸橀g的初始距離，拉伸過程中的實(shí)時(shí)距離和拉伸結(jié)束后的最終距離，計(jì)算得到試樣試驗(yàn)段的實(shí)時(shí)應(yīng)變和最終應(yīng)變，其中測(cè)微計(jì)的測(cè)量位置位于試樣試驗(yàn)段兩側(cè)，且與試樣試驗(yàn)段拉伸方向中心軸線的距離相等。本發(fā)明通過光透過測(cè)量技術(shù)測(cè)量剛性引針在拉伸過程中的距離變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小試驗(yàn)面積材料、柔性材料和大形變情況應(yīng)變的快速方便測(cè)量?？朔爽F(xiàn)有測(cè)量方法的缺陷，較好地彌補(bǔ)了幾種方法應(yīng)用的盲區(qū)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101975555SQ20101029149
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者姚磊江, 曾垂寬, 童小燕, 胡國鎮(zhèn), 趙凱, 鄭翔, 魏佩佳 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)