基于分离式霍普金森杆动态力学性能测试装置的数据处理系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分离式霍普金森杆动态力学性能测试装置的数据处理系统，所述数据处理系统首先读取分离式霍普金森杆动态力学性能测试得到的电压-时间数据点，并将其绘成电压-时间曲线，然后使用给定的试验参数或自行输入的参数和计算公式，通过人机交互将测试得到的电压-时间曲线转化为需要的工程应力-应变曲线和真应力-应变曲线，并可随时进行数据的查看、平滑、修改、截取和输出等。本数据处理系统能够分别处理动态压缩、剪切和拉伸力学性能测试数据；基于Windows操作系统的人性化界面，实现了分离式霍普金森杆动态力学性能数据处理的智能化，使得数据处理更为灵活，提高了运算速率和操作简便性，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于分离式霍普金森杆动态力学性能测试装置的数据处理系统
本专利技术涉及材料动态力学测试领域，具体地，涉及一种基于分离式霍普金森动态力学测试装置的数据处理系统。
技术介绍
应变率是材料变形速率的一种度量，是应变对时间的导数。当应变率超过10-2s-1时，材料变形时表现出的力学行为被称为材料的动态力学行为。材料在石油钻探、航空航天尤其是兵器等领域应用时经常发生高应变率(102s-1-104s-1)甚至是超高应变率(104s-1-106s-1)的变形。此时，材料的失效形式不同于静载荷条件，而且很多材料的强度和塑性会随着应变率的变化发生变化。因此，材料动态力学性能的研究具有十分重要的意义。目前，在材料科学领域中测量材料在高应变率下的力学性能时使用最广泛的就是分离式霍普金森杆(SHPB)测试装置。SHPB测试装置主要由三部分组成：SHPB、应变仪和数据采集系统，如图1。其中，SHPB的主要组成部分包括：子弹1、测速仪2、入射杆3、透射杆4、吸收杆和应变片5。应变片5贴到入射杆3和透射杆4上，并通过电缆线连接到动态应变仪6上，同时动态应变仪6与数据采集系统7连接。进行SHPB测试时，待测试样夹在入射杆和透射杆之间。子弹以一定速度撞击入射杆，使入射杆中产生一定长度的应力波。当应力波传播到入射杆与试样接触端时，一部分应力波反射回入射杆，另一部分发生透射，透射波传递给试样后对试样实施冲击加载。入射波、反射波和透射波由应变片和应变仪转化后被数据采集系统记录并保存为数据文件。数据采集系统记录的数据文件是电压-时间数据点。由于应变片阻值变化很微弱，为了便于显示或控制，这些电压-时间数据点为超动态应变仪放大后的值。计算过程中，数据需要进行还原，同时转化为应变片的阻值变化。应变片发生应变时，其电阻值会发生变化，所以通过阻值变化可以计算出其应变，计算公式与应变片的类型及参数有关。对于电阻应变片和半导体应变片，应变的计算公式分别为其中，KS为电阻应变片的灵敏系数，π为半导体应变片的压阻系数，E为杆的弹性模量，ΔR为应变片阻值变化，R为应变片原始阻值。因为应变片贴到杆上，所以应变片的应变即为计算入射杆与反射杆的应变。通过入射杆和透射杆的应变可以计算出入射杆、透射杆与试样接触位置质点的位移和力，进一步可以计算试样的应变εs和应力σs。设0时刻试样开始加载，则t时刻，试样的应变和应力分别为其中u1，u2，σ1，σ2分别为是入射杆、透射杆与试样接触位置质点的位移和应力，ls为试样的长度，A和As分别为杆和试件的横截面积，C0，E是两个杆的波速和弹性模量，εR是反射波引起入射杆的应变，εT是透射波引起反射杆的应变。应变对于时间求导即为试样发生变形时的应变率。由不同时刻的应力、应变和应变率可以分别得出应力-时间曲线、应变-时间曲线和应变率-时间曲线。由应变-时间和应力-时间曲线联立即可计算出工程应力-应变曲线。有些情况下，工程应力-应变曲线需要进一步转化为真应力-应变曲线。压缩力学性能试验中真应力σc、真应变εc和拉伸力学性能试验中真应力σt、真应变εt的计算公式如下其中ε0为工程应变，σ0为工程应力。综上，在数据采集系统记录的数据文件转化为应力-应变曲线等的过程中主要存在着以下三个方面的问题：应力-应变曲线的计算过程需要确认大量的参数，每改变一个参数，需要重新计算。这些参数包括试样的直径、高度(圆柱以外的形状可以按照截面面积相等原则换算成等效的圆柱试样)，入射杆、透射杆的纵向波速、弹性模量、直径，电阻应变片原始阻值、应变敏感系数或半导体应变片原始阻值、压阻系数等；试验参数确定后，应力-应变曲线的计算工作量大且复杂。具体计算工程包括：从电压-时间曲线依次转变为应变片的电阻-时间曲线、应变片的应变-时间曲线、杆的应变-时间曲线、试样的应力-时间曲线、试样的应变-时间曲线、试样的应变率-时间曲线，最终得到试样的工程应力-应变曲线和真应力-应变曲线等；单个曲线是由不同时刻的数值点组成的，一般SHPB测试中，有效的数据点在80个以上，每一个曲线的获得都需要计算。同时，采集的电压-时间曲线以及处理过程中的曲线都易出现异常点，整体曲线的波动性也比较大，需要对曲线进行修改以及整体的平滑处理。由于数据处理复杂，专业要求很高，目前，尚不存在可以完全解决上述问题的数据处理系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于SHPB动态力学测试装置的数据处理系统，具有以下功能：读取SHPB测试得到的电压-时间数据点，并将其转化为电压-时间曲线，并可以进行数据的查看、平滑、修改和截取等；给定三套常用的试验参数进行计算，也可以由用户自行输入参数和计算公式，从而使得本数据处理系统满足不同型号的应变仪和传感器，适用不同的标定方法和采集频率；当参数确定后，可以通过人机交互将所得的电压-时间曲线转化为所求的应力-时间曲线、应变-时间曲线，工程应力-应变曲线和真应力-应变曲线，并可随时进行数据的查看、平滑、修改、截取和输出等；能够处理动态压缩、剪切和拉伸力学性能测试数据；基于Windows操作系统的人性化界面，实现了数据处理智能化，使得数据处理更为灵活，提高了运算速率和操作简便性，具有很强的实用性。其特征在于：该系统包括有数据读取模块10、波形选择模块20、计算模块30和数据平滑及修复模块40。数据读取模块10主要读取电压-时间数据。波形选择模块20中对读取的数据进行波形分离。计算模块30主要是编辑各种参数并进行数据的计算。数据平滑及修复模块40中用户可以根据自己的需要，对前三个模块中的曲线以及数据进行即时查看、修改、截取和保存等处理。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。图1是SHPB动态力学测试装置结构图；图2是本专利技术基于分离式SHPB动态力学测试装置的数据处理系统的结构框图；图3是本专利技术基于分离式SHPB动态力学测试装置的数据处理系统的流程图图4A是某材料进行SHPB动态力学测试后获得的入射杆的电压-时间数据图；图4B是某材料进行SHPB动态力学测试后获得的透射杆的电压-时间数据图；图4C是某材料进行SHPB动态力学测试时入射杆的标定数据图；图4D是某材料进行SHPB动态力学测试时透射杆的标定数据图；图5A是对4A平滑处理后的电压-时间数据图；图5B是对4B平滑处理后的电压-时间数据图；图6A为自动识别的第一个入射波波形图；图6B为自动识别的第一个反射波波形图；图6C为自动识别的第一个透射波波形图；图7A为所求的应力-应变曲线；图7B为所求的真应力-真应变曲线；图7C为所求的应力-时间曲线；图7D为所求的应变-时间曲线；图7E为所求的应变率-时间曲线。具体实施方法下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。由于目前尚不存在一种可以方便快捷的计算SHPB动态力学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分离式霍普金森杆动态力学性能测试装置的数据处理系统，其特征在于，包括：数据读取模块10、波形选择模块20、计算模块30和数据平滑及修复模块40。

【技术特征摘要】
1.一种基于分离式霍普金森杆动态力学性能测试装置的数据处理系统，其特征在于，包括：数据读取模块10、波形选择模块20、计算模块30和数据平滑及修复模块40；数据读取模块10，读取数据采集系统记录的数据文件，通过加入标定文件的方法获得放大后的电压-时间数据；波形选择模块20，采用自动、半自动、手动三种方法来选取入射波、反射波、透射波波形，自动模式下，系统运用数学算法智能计算分离波形，以1/3h，2/3h拟合切线，h为波的振幅，并求出截距来确定波形；半自动模式下，用户可以确定一个范围，系统在这个范围内自动选取波形；在手动模式下，用户完全手动选取波形；计算模块30，用于选择或输入各种参数进行数据的计算，其步骤是：步骤31：选择压缩、拉伸、剪切试验类型，由于三种试验的计算公式不同，需要进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金旭，呼陟宇，陈忠恺，李树奎，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11