专利名称：冲击试验装置及冲击试验方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击试验装置和冲击试验方法，其能测得试件的冲击应力一应变特性。
背景技术：
传统地，Izod冲击试验或Charpy冲击试验已经被认为是测量材料冲击强度的方法(例如，参见日本专利申请公报No.H2 -13825)。按照这些试验方法，当向一试件施加一冲击能(冲击力)以破坏该试件时，可根据冲击能测量出试件的冲击强度。然而，在试件是由冲击吸收材料制成的情况下，当向试件施加冲击力时，试件可发生弹性变形而吸收冲击能(冲击力)，其中，所述的冲击吸收材料是由发泡材料、粘弹性材料、或这两种材料的组合物构成的。因而，很难确定出施加在试件上的冲击力、以及在向试件施加冲击力时试件的冲击应力一应变特性。出于这一原因，对于冲击吸收材料，利用Lubke冲击弹性试验法或Trypso冲击弹性试验法(例如，可参见日本标准协会发布的橡胶手册JIS Handbook Rubber，1999年4月1日发布)，通过测量由这些测量方法获得的冲击吸收特性或反斥特性来评价冲击吸收材料的特性。
顺便而言，发泡材料、粘弹性材料、或这两种材料的组合物已被用作各种机械和电气产品上的冲击吸收材料。在近些年来，便携式机械和电气产品(例如蜂窝移动电话)的数量有了增加。对于各种此类产品，迄今为止尚未想象出冲击力作用到其上的方式。
此外，根据材料、内部构造等，这些冲击吸收材料具有不同的冲击吸收特性。因而，基于相同的原理难以利用传统的冲击试验方法或反斥弹性试验方法对这些冲击吸收材料作出评价。因而，将这些冲击吸收材料设置到实际的产品上，并对实际的产品执行冲击跌落试验等测试。按照这种方式，对产品进行冲击耐用性评价试验等。
发明内容
然而，近些年来，由于产品的类别已经增多，且产品的开发速度已经加快，为了不对实际产品进行冲击试验而控制冲击吸收材料的质量，一直要求有一种对冲击吸收材料进行评价的方法，利用该方法，向由冲击吸收材料制成的试件施加一个冲击力，以获得材料的冲击应力—应变特性等。
已经进行了本发明，以解决上述需求。本发明的目的是提供一种冲击试验装置和一种冲击试验方法，当向包括发泡材料、粘弹性材料或它们组合物的冲击吸收材料施加一个冲击力时，该装置或方法能获得冲击应力—应变特性等。
为实现本发明的上述目的，提供了一种冲击试验装置，其包括一保持装置，用于以任意的保持力保持着一个试件；一冲击施加装置，其用于向由保持装置保持着的试件施加一个冲击力；一冲击力感测装置，其用于感测由冲击施加装置施加于试件上的冲击力；一位移检测装置，其用于在冲击力感测装置感测冲击力时对试件的位移进行检测；以及一输出装置，其用于基于由冲击力感测装置测得的冲击力和由位移检测装置测得的位移输出有关冲击应力—应变特性的信息，此信息表达了试件的冲击应力与该冲击应力所对应的应变之间的关系。
利用上述的结构，冲击试验装置可在任意的保持力下保持一试件，并向该试件施加一个冲击力。另外，可基于施加到试件上的、并被冲击力感测装置测得的冲击力和试件的位移得到冲击应力一应变特性信息，此信息表达了试件的冲击应力与该应力的应变之间的关系，其中，所述的位移是在向试件施加冲击力时由一位移检测装置测得的。
根据本发明的另一方面，提供了一种冲击试验方法，其包括步骤利用一保持装置以任意的保持力保持着一试件；利用一冲击施加装置向在保持步骤中被保持住的试件施加一个冲击力；利用一冲击力感测装置感测在冲击施加步骤中施加到试件上的冲击力，且在冲击力感测装置对冲击力进行感测时利用一位移检测装置检测试件的位移；以及利用一输出装置基于在检测步骤中感测和检测到的冲击力和位移输出冲击应力—应变特性信息，该信息表达了试件的冲击应力与该冲击应力所对应的应变之间的关系。
在上述的冲击试验方法中，在一保持步骤中，以任意的保持力保持一试件，并在冲击施加步骤中，可向试件施加一个冲击力。另外，在一检测步骤中，对施加于试件的冲击力进行感测，且在感测冲击力时检测试件的位移。然后，在一输出步骤中，基于感测到的冲击力及检测到的位移，得到冲击应力—应变特性信息，此信息表达了试件的冲击应力与该应力所对应的应变之间的关系。
另外，根据本发明的又一方面，提供了一种冲击试验方法，其包括步骤在一试件未被设置在一保持装置中的状态下，利用一冲击施加装置施加一冲击力；利用一冲击力感测装置对在第一冲击施加步骤中的冲击力进行感测；利用保持装置以任意的保持力保持住试件；利用冲击施加装置向在保持步骤中被保持住的试件施加一个冲击力；利用冲击力感测装置感测在第二冲击施加步骤中施加到试件上的冲击力；以及通过将一冲击力除以在第一感测步骤中测得的冲击力来求得一冲击吸收率，并由此而输出试件的冲击吸收率，其中，前一冲击力是通过将第一感测步骤中测得的冲击力减去第二感测步骤中测得的冲击力而求得的。
在上述的冲击试验方法中，首先，在第一感测步骤中，在试件未被设置在保持装置中的状态下，感测出由冲击施加装置所施加的一个冲击力；然后，利用保持装置以任意的保持力将试件保持住，而后，在第二感测步骤中，感测由冲击施加装置向试件施加的一个冲击力。然后，将一个冲击力除以在第一感测步骤中测得的冲击力，以此来获得试件的冲击吸收率，其中，前一冲击力是通过将第一感测步骤测得的冲击力减去第二感测步骤测得的冲击力而求得的。
图1是一正视图，示意性地表示了在第一实施例中冲击试验装置的构造；图2是一正视图，表示了在第一实施例的冲击试验装置中向一试件施加冲击力时的状态；图3A到图3D分别为俯视图、正视图、左视图、以及右视图，表示了在第一实施例中冲击试验装置的示意性构造；图4是一输出装置的示意结构图，该装置在第一实施例的冲击试验装置中检测冲击力以及试件的位移，并能输出冲击应力—应变特性信息；图5是一曲线图，表示了由第一实施例的冲击试验装置所获得的冲击应力—应变特性曲线的一个实例；图6是一曲线图，表示了由第一实施例的冲击试验装置所获得的、冲击吸收率相对于撞锤摆角关系的一个实例；图7是一正视图，示意性地表示了在第二实施例中的冲击试验装置的构造；
图8是一左视图，示出了在第二实施例中的冲击试验装置示意性构造；图9是一输出装置的示意结构图，该装置在第二实施例的冲击试验装置中，检测冲击力以及试件的位移，并输出冲击应力—应变特性信息；图10是一曲线图，表示了在第二实施例由冲击试验装置得到的各冲击应力—应变特性曲线，试验的设定温度分别为-20℃、+20℃和+60℃，设定湿度为60％；图11是一个局部放大视图，表示了当一加速度传感器被固定到支撑板上时的状态，所述支撑板属于在另一实施例中的冲击试验装置的保持装置；以及图12表示了利用激光多普勒振动器测量金属箔位移的方法，该金属箔被放置在另一实施例中的冲击试验装置的保持装置的支撑板上。
具体实施例方式
下文，将参照附图对使根据本发明的冲击试验装置和冲击试验方法被具体化的第一及第二实施例进行描述。
首先，将参照图1到图4说明第一实施例的冲击试验装置的示意性构造。
如图1到图4所示，第一实施例中的冲击试验装置1是由如下部件构成的一保持装置3，其用于以任意的作用力保持着一个试件2；一个冲击施加装置4，其用于向试件2施加一冲击应力；一力传感器5，其作为一冲击力感测装置，用于感测由冲击施加装置4作用在试件2上的冲击力；一高速摄影机6，其作为一位移检测装置，用于在冲击施加装置4向试件2施加冲击力时检测试件的位移；以及一输出装置7，其用于使来自于力传感器5的信号与来自于高速摄影机6的信号同步，并输出一冲击应力一应变特性曲线，该曲线作为冲击应力—应变特性信息，表达了当向试件2施加冲击力时试件的冲击应力与该应力所对应的应变之间的关系。
另外，用于以任意的保持力保持着试件2的保持装置3是由一固定夹具11和一加压构件12构成的，固定夹具11被固定到一工作台10上，加压构件12与固定夹具11相对，以将试件2夹置在它们之间，加压构件12可进行滑动，从而能保持住试件2。加压构件12被可滑动地布置可在工作台10上滑动的一基座13上，并能与基座13一起在工作台10上滑动。另外，基座13上设置有一用于使基座13滑动的杆柄14和一固定构件15，其中，固定构件15用于在基座13被杆柄14滑动、且被临时定位之后将基座13固定到工作台10上。此外，加压构件12上设置有一加压压力调节单元16。优选地是，加压压力调节单元16上设置有一能响应于加压构件12产生动作的数字量计或其它量具。加压压力调节单元16可相对于试件2在前后方向(图1中的左右方向)精微地调节基座13上的加压构件12，由此能调节作用在被保持试件2上的保持力，其中，此时的基座13已被固定在临时位置上。
另外，用于向被保持装置3保持着的试件2施加冲击力的冲击施加装置4是由如下部件构成的一杆23，其具有由支撑柱20可转动地枢支的一端22和在另一端的撞锤24；以及一臂21，其将撞锤24提升到预定的角度，并保持着该撞锤。臂21可被固定、保持在该预定角度上。此处，撞锤24是由一钢球构成的，可利用固定在臂21一端上的一电磁铁25将该撞锤与臂21一道提升到预定角度。在这一点上，此处使用的是电磁铁25，但也可使用任何其它的部件，该部件能将撞锤24与臂21一起进行提升，并易于使撞锤与臂21分离开。此外，撞锤24也不限于是球体，其例如也可以是一个块体。
另外，用于感测由冲击施加装置4作用到试件上的冲击力的力传感器5被固定到固定夹具11的这样一个表面上，该表面与接触试件2的那一表面相反。优选地是，由压电器件构成的力传感器作为第一实施例中的力传感器5。当冲击施加装置4的撞锤24向试件2施加一冲击力时，力传感器5能可靠地检测该冲击力。此处，也可使用一应变仪来取代力传感器5。
此外，如图4所示，对于用于在向试件2施加冲击力时检测试件2位移的高速摄影机6，优选地是采用能直接观测试件2位移的高速摄影机。此处，高速摄影机的拍摄间隔优选地为200μsec或更短，更为优选地是100μsec或更短，进一步优选地是75μsec或更短。
此外，如图4所示，试件2通过一支撑板28被夹置在固定夹具11与加压构件12之间，支撑板28是由高弹性的板件构成的，例如是用丙烯酸树脂等材料制成的树脂板或用铝等金属制成的金属板。
更进一步地，如图4所示，用于输出冲击应力—应变特性曲线的输出装置7是由如下部件构成的第一控制部分32，其用于输出来自于作为位移检测装置的高速摄影机6的位移检测信号(图像信号)；同步部分35，其用于使来自于作为冲击力感测装置的力传感器5的信号与来自于第一控制部分32的位移检测信号(图像信号)同步；以及第二控制部分30，其对来自于第一控制部分32的位移检测信号(图像信号)的图像进行分析，将位移除以试件2在不受载荷时的厚度，以计算出应变，对力传感器5输出的、且被同步部分35同步的信号进行分析，以计算出冲击力，将该冲击力除以试件2抵接着支撑板28的表面积，以计算出冲击应力，并输出冲击应力—应变特性曲线。此处，来自于力传感器5的信号与来自于第一控制部分32的位移检测信号(图像信号)之间的同步是通过如下的操作实现的当撞锤24经过一个布置在试件2前方的速度传感器34之前时，一速度计33输出一个信号，在此时刻，由第一控制部分32和同步部分35同时检测各自的信号。
下面，将描述利用按照上述方式构建的冲击试验装置1执行冲击试验的方法。
(保持步骤)首先，不将试件2插入到保持装置3的固定夹具11与加压构件12之间，而只是将用丙烯酸树脂制成的支撑板28插入到其中。然后，基座13通过杆柄14被滑动到固定夹具11一侧，由此近乎紧密地接触支撑板28，然后临时性地被固定在此处。之后，利用加压压力调节单元16对基座13执行微调，以使固定夹具11与支撑板28紧密地接触。与此同时，将设置在加压压力调节单元16中的一个存储器清零，并将加压构件12的位置设为基准点。
然后，事先测量出试件2的厚度。对加压压力调节单元16进行调节，以将加压构件12从基准点移动试件2厚度的距离，以将试件2设置在固定夹具11与支撑板28之间。与此同时，在将由冲击吸收材料制成的试件2放置在保持装置3中的情况下，在检查加压压力调节单元16的示数并考虑试件2厚度的同时，调节加压压力，其中，所述的冲击吸收材料是由发泡材料、粘弹性材料、或它们的组合物组成的，并在试件2受到冲击力作用时能缓冲或吸收冲击力。按照这种方式，可将试件2固定在一压缩率条件下，该压缩率接近于其被设置在产品中时实际状态下的压缩率。另外，如果在试件2一个表面的部分或全部上涂敷了粘接剂等物质，则试件2就能被放置到固定夹具11上，从而能可靠地固定到固定夹具11上。
(施加冲击的步骤)在试件2被布置好之后，接通固定在臂21一端上的电磁铁25的开关，以利用臂21牢固地保持着撞锤24。臂21被摆动到一个任意的角度，并被固定在此，然后，关闭电磁铁25的开关，以使撞锤24与被保持装置3保持着的支撑板28发生碰撞(见图2)。
(检测步骤)另外，利用力传感器5在此时测量冲击力。此条件下，在试件2被插入到固定夹具11与支撑板28间之前，夹具11被设置成与支撑板28紧密地接触着，然后，按照类似的方式使撞锤24与支撑板28相撞，并测量此时的冲击力。然后，通过计算如下的公式(1)可测量出试件2的冲击吸收率(％)。
冲击吸收率(％)＝[(只存在支撑板时的冲击力-当插入试件时的冲击力)/只存在支撑板时的冲击力]×100……(1)下面，将描述当撞锤24与支撑板28相撞时测量试件2位移的方法。
当撞锤24与支撑板28相撞时，按照上述的方法，利用力传感器5感测试件2所受的冲击力。从力传感器5输出的信号被输入到同步部分35中。在另一方面，由高速摄影机6获得试件2在此时的位移，且来自于高速摄影机6的图像拍摄信号经第一控制部分32输入到同步部分35中。此处，来自于力传感器5的信号与来自于高速摄影机6的信号之间的同步是由同步部分35按照如下的方式实现的如图4所示，当撞锤24经过紧邻保持装置3前方设置的速度传感器34时，由速度计33发出一个信号，进而被输入到第一控制部分32中，与此同时，一个同步信号经第一控制部分32输入到同步部分35中；然后，在速度计33发出信号的时刻，高速摄影机6开始拍摄图像，且同步部分35开始发送来自于力传感器5的信号；利用这样的设计，高速摄影机6的图像拍摄和力传感器5对冲击力的测量同时开始执行，因而，可与作用在试件2上的冲击力同步地测量试件2在每一测量时间的位移。
(输出步骤)被同步部分35相互同步后的力传感器5的信号与高速摄影机6的图像拍摄信号被输入到第二控制部分30中。在该第二控制部分30中，来自于力传感器5的信号被转换为冲击力，来自于高速摄影机6的图像拍摄信号经过图像处理，由此而被转换为位移。这里，通过将设置在试件2或支撑板28端面上的一个标记的轨迹转化为数字，就可完成利用图像处理将高速摄影机6的图像拍摄信号转换为位移的工作。另外，第二控制部分30采集到在每一测量时刻冲击力和位移的数据，然后将冲击力除以抵接着支撑板28的试件2表面的面积，并将位移除以试件2未受载荷时的厚度，由此能输出一冲击应力—应变特性曲线。例如，当第二控制部分30是由具有液晶显示屏的个人计算机或类似装置构成的时，冲击应力—应变特性曲线就可显示在液晶显示屏上。
按照这种方式，即使试件2是由发泡材料、粘弹性材料、或这两种材料的组合物制成的—也就是说是由受到冲击力作用时能缓冲或吸收冲击力的冲击吸收材料制成的，当向试件2施加冲击力时，冲击试验装置1也能输出冲击应力—应变特性曲线。另外，冲击试验装置1还能在同时输出试件2的冲击吸收率。
下文，将对冲击试验的一种实例进行描述，该试验是对一由发泡材料制成的试件2执行的，该发泡材料是由聚丙烯构成的，试件2被设置在具有上述构造的冲击试验装置1中。
该试件2是从一由发泡材料形成的冲击吸收材料上切割下来的，其尺寸被切割成20mm×20mm×1mm，然后，借助于尺寸为90mm×80mm×3mm的丙烯酸树脂支撑板28，利用保持装置3将试件2保持住。与此同时，加压构件12从基准点略微地加压，以便于将试件2保持在这样的状态下将试件2在厚度方向上压缩30％。然后，将撞锤24设定在这样的状态下撞锤24相对于支撑柱20摆到45°的位置处，然后，使撞锤24与臂21分离开，由此使其与支撑板28相撞。此时，利用高速摄影机(例如由Photron制造的FASTCAM)根据需要拍摄试件2的位移图像。该冲击试验是在20℃的室温条件和60％的湿度条件下进行的。
图5表示了在上述试验条件下获得的冲击应力—应变特性曲线45。如图5所示，即使试件2是用诸如聚丙烯发泡材料等冲击吸收材料制成的，也能获得冲击应力—应变特征曲线45。
另外，试件2被保持在这样的状态下其在厚度方向上被压缩了30％，并被设定在这样的状态下撞锤24被摆动到30°、45°、60°、75°和90°，然后，撞锤24被与臂21分离开，由此与支撑板28相撞。图6表示了试件2的冲击吸收率，该冲击吸收率是由上述的公式(1)求得的。如图6所示，即使试件2是用诸如聚丙烯发泡材料等冲击吸收材料制成的，也能获得试件2相对于撞锤24各个摆角的冲击吸收率。
下面，将参照图7到图9对第二实施例的冲击试验装置的示意性构造进行描述。这里，在下文的描述中，与在如图1到图4所示第一实施例冲击试验装置1的构造等中相同的附图标记指代与第一实施例冲击试验装置1的构造等相同或等同的部件。
第二实施例中的冲击试验装置的示意性构造和控制结构与第一实施例中冲击试验装置1的对应结构几乎是等同的。
然而，如图7到图9所示，第二实施例的冲击试验装置51与第一实施例冲击试验装置1的结构是不同的，因为其上固定有力传感器5的保持装置3和冲击施加装置4被布置在一恒温—恒湿器52的隔热罩54内，其中的恒温—恒湿器52作为温度保持装置和湿度保持装置，而其中的保持装置3和冲击施加装置4则可构成第一实施例中的冲击试验装置1。
如图7和图8所示，恒温一恒湿器52是由如下部件构成的隔热罩54，其正面上具有一个方形的开孔53；一隔热门55，其被开孔53一侧的端部可转动地支撑着，从而可进行枢转而封闭开孔53，且该隔热门被安装成能自由地开启或关闭；以及一致冷器单元56，其被布置在隔热罩54的下方。另外，在隔热罩54的背面布置了如下的部件一加湿器58，其从布置在致冷器单元56前侧的一供水罐57获得供水；一冷却去湿装置59，其被布置在加湿器58的上方，并由致冷器单元56进行冷却；一加热器60，其被布置在冷却去湿装置59的上方；以及一鼓风机61，其被布置在加热器60的上方。另外，在鼓风机61吹气口的附近设置了一个湿度传感器和一个温度传感器(图中均未示出)。
此外，在隔热罩54侧壁的下中部分处制有一观察窗孔62，从而可透过该观察窗孔62对试件2的位移进行观察，其中，试件2被布置在隔热罩54中的保持装置3保持着。此外，在观察窗孔62的外侧设置了一保护板64，其是用透明的丙烯酸板等板件构成的，且在近乎中间的位置处制有一个在垂直方向上为细长的通孔。高速摄影机6和一照明装置66被布置在保护板64的外侧。利用该结构，可观察到由保持装置3保持着的试件2的位移。
另外，在观察窗孔62的侧旁设置了用于将设置在隔热罩54内的冲击施加装置4的电磁铁25、速度计33、以及力传感器5的导线引出的导线引出口67。
此外，在隔热门55的右侧设置了一个操作部件68，该部件中设置有一控制电路(图中未示出)，用于控制和驱动致冷器单元56、加湿器58、冷却去湿装置59、加热器60、以及鼓风机61，该操作部件可将隔热罩54内的温度和湿度设定为预定的温度和湿度。此处，在恒温一恒湿器52中，隔热封罩54内的温度可被设定为一定范围内的任意温度，该温度范围是从40℃到100℃，且隔热封罩54内的湿度可被设定为0％到100％范围内的任意湿度。
更进一步地讲，如图9所示，在试件2的前方设置了速度传感器34，且与速度传感器34相连的速度计33被布置在隔热罩54中。
此外，如图9所示，用于输出冲击应力—应变特性曲线的输出装置7被布置在隔热罩54的外部，其由如下部件构成第一控制部分32，用于输出来自于高速摄影机6的位移检测信号(图像信号)，其中的摄影机6作为位移检测装置；同步部分，其用于使作为冲击力感测装置的力传感器5输出的信号与来自于第一控制部分32的位移检测信号(图像信号)同步；以及第二控制部分30，其对来自于第一控制部分32的位移检测信号(图像信号)中的图像进行分析，并将位移除以试件不受载荷时的厚度，由此来计算出应变，并对来自于力传感器5的、且经过同步部分35同步处理后的信号进行分析，以计算出冲击力，将冲击力除以试件2抵接着支撑板28的表面的面积，以计算出冲击应力，并可输出冲击应力—应变特性曲线。此处，来自于力传感器5的信号与来自于第一控制部分32的位移检测信号(图像信号)之间的同步是通过如下的操作实现的当撞锤24经过一个布置在试件2前方的速度传感器34之前时，一速度计33输出一个信号，在此时刻，由第一控制部分32和同步部分35同时检测各自的信号。
下面将描述利用按照上述方式构建的冲击试验装置51执行冲击试验的方法。
(保持步骤)
首先，不将试件2插入到保持装置3的固定夹具11与加压构件12之间，而只是将用丙烯酸树脂制成的支撑板28插入到其中。然后，利用杆柄14将基座13滑动到固定夹具11的侧旁，由此使其近乎紧密地接触着支撑板28，然后再将其临时性地固定在此处。之后，利用加压压力调节单元16对基座13执行微调，以使固定夹具11与支撑板28紧密地接触。与此同时，将设置在加压压力调节单元16中的一个存储器清零，并将加压构件12的位置设为基准点。
然后，在室内条件下事先测量出试件2的厚度。然后，对加压压力调节单元16进行调节，以将加压构件2从基准点移动一试件2厚度的距离，以便于将试件2放置在固定夹具11与支撑板28之间。与此同时，在将由冲击吸收材料制成的试件2放置在保持装置3中的情况下，在检查加压压力调节单元16的示数并考虑试件2厚度的同时，调节加压压力，其中，所述的冲击吸收材料是由发泡材料、粘弹性材料、或它们的组合物组成的，并在试件2受到冲击力作用时能缓冲或吸收冲击力。按照这种方式，可将试件2固定在一压缩率条件下，该压缩率接近于在产品设置的实际状态下的压缩率。另外，如果在试件2一个表面的部分或全部上涂敷了粘接剂等物质，则试件2就能被放置到固定夹具11上，从而能可靠地固定到固定夹具11上。而后，在试件2被布置好之后，接通设置在臂21一端上的电磁铁25的开关，以利用臂21牢固地保持着撞锤24。然后，臂21被摆动到一个任意的预定角度，并被固定在此。
(温度保持步骤和湿度保持步骤)然后，在臂21被设定到任意的预定角度之后，将隔热门55关闭，之后，利用操作部件68，将恒温—恒湿器52的温度设定值和湿度设定值设为预定的温度和湿度，并使其工作预定的时间(例如约30分钟到两小时)。利用这样的设计，试件2的温度能被可靠地升高到设定温度上，且试件2被保持在设定湿度的环境中。
(冲击施加步骤)然后，关闭电磁铁25的开关，以使撞锤24与被保持装置3保持着的支撑板28发生碰撞(见图9)。
(检测步骤)另外，利用力传感器5在此时测量冲击力。
这里，在试件2被插入到固定夹具11与支撑板28间之前，夹具11被设置成与支撑板28紧密地接触着，然后，按照类似的方式使撞锤24与支撑板28相撞，并测量此时的冲击力。然后，通过计算上述的公式(1)可测量出在温度和湿度分别为各自设定值的环境中试件2的冲击吸收率(％)。
下面将描述当撞锤24与支撑板28相撞时测量试件2位移的方法。
当使撞锤24与支撑板28相撞时，按照上述的方法，利用力传感器5感测试件2所受的冲击力。从力传感器5输出的信号被输入到同步部分35中。在另一方面，由高速摄影机6经观察窗孔62拍摄试件2在此时的位移，且来自于高速摄影机6的图像拍摄信号经第一控制部分32输入到同步部分35中。此处，来自于力传感器5的信号与来自于高速摄影机6的信号之间的同步是由同步部分35按照如下的方式实现的如图9所示，当撞锤24经过紧邻保持装置3前方设置的速度传感器34时，速度计33发出一个信号，由此被输入到第一控制部分32中，与此同时，一个同步信号经第一控制部分32输入到同步部分35中；然后，在速度计33发出信号的时刻，高速摄影机6开始拍摄图像，且同步部分35开始发送来自于力传感器5的信号；利用这样的设计，高速摄影机6的图像拍摄和力传感器5对冲击力的测量同时开始执行，因而，可在温度和湿度设定的环境中、与作用在试件2上的冲击力同步地测量试件2在每一测量时刻的位移。
(输出步骤)然后，被同步部分35相互同步后的力传感器5的信号与高速摄影机6的图像拍摄信号被输入到第二控制部分30中。在该第二控制部分30中，来自于力传感器5的信号被转换为冲击力，来自于高速摄影机6的图像拍摄信号经过图像处理，由此而被转换为位移。此处，通过将设置在试件2或支撑板28端面上的一个标记的轨迹转化为数字，就可完成利用图像处理将高速摄影机6的图像拍摄信号转换为位移的工作。
另外，第二控制部分30采集到每一测量时刻冲击力和位移的数据，然后将冲击力除以试件2抵接着支撑板28的表面的面积，并将位移除以试件2未受载荷时的厚度，由此能输出在设定温度和设定湿度的环境中的冲击应力—应变特性曲线。例如，如果第二控制部分30是由具有液晶显示屏的个人计算机或类似装置构成的，则设定温度和湿度环境中的冲击应力—应变特性曲线就可显示在液晶显示屏上。
按照这种方式，可输出在设定温度和设定湿度的环境中的冲击应力—应变特性曲线。因而，例如即使试件2是由发泡材料、粘弹性材料、或这两种材料的组合物制成的—也就是说是由冲击吸收材料制成的，当在任意设定温度和设定湿度的环境中向试件2施加冲击力时，冲击试验装置51可输出冲击应力—应变特性曲线，其中，在试件2受到冲击力作用时，冲击吸收材料能缓冲或吸收冲击力的。另外，冲击试验装置51同时还能输出试件2在任意设定温度和设定湿度的环境中的冲击吸收率。
下文将对冲击试验的一种实例进行描述，该试验是对一由发泡材料制成的试件2执行的，该发泡材料是由聚丙烯构成的，试件2被设置在上述构造的冲击试验装置51中，且环境的设定温度为-20℃、+20℃、和+60℃，且设定湿度为60％。
试件2是从一聚丙烯发泡材料形成的冲击吸收材料上切割下来的，其尺寸被切割成20mm×20mm×1mm，然后，借助于尺寸为90mm×80mm×3mm的丙烯酸树脂支撑板28，利用保持装置3将试件2保持住。此时，加压构件12从基准点略微地加压，以将试件2保持在这样的状态下将试件2在厚度方向上压缩30％。
然后，将撞锤24设定在这样的状态下撞锤24相对于支撑柱20摆到45°的位置处，之后在60％的设定湿度和-20℃、+20℃以及+60℃的设定温度上停留约一个小时。然后，使撞锤24与臂21分离开，由此使其与支撑板28相撞。此时，利用高速摄影机6(例如由Photron制造的FASTCAM)根据需要拍摄试件2的位移图像。
图10表示了在设定温度为-20℃、+20℃以及+60℃和设定湿度为60％的上述试验条件下所获得的冲击应力一应变特性曲线71、72、73。如图10所示，即使试件2是用诸如聚丙烯发泡材料等冲击吸收材料制成的，也能获得-20℃、+20℃以及+60℃的设定温度和60％的设定湿度条件下的冲击应力—应变特征曲线71、72、73。
此处，不用说，本发明并不限于上述的第一、第二实施例，在不悖离本发明范围的前提下，可作出多种形式的改进和修改，其中，本发明的范围由所附的权利要求书限定。例如，本发明可按照如下的形式进行修改。
如图11所示，例如在靠近撞锤24与支撑板28相撞部位的位置处固定一加速度传感器81，以取代利用上述高速摄影机6来测量试件2位移的设计，且当撞锤24与支撑板28相撞时，对加速度执行两次积分运算。采用这样的设计，也能求得试件2的位移。
如图12所示，在支撑板28上设置一金属箔82，并由一激光多普勒振动器向金属铂82发送一激光，以使金属铂振动，以此来取代利用上述高速摄影机6来测量试件2位移的设计，采用这样的设计，利用金属铂82的振动也能测出试件2的位移。
另外，在上述的第一、第二实施例中，将利用支撑板28将试件2保持住的情况作为示例。但是，例如通过使用块状部件作为撞锤24，可向由冲击吸收材料制成的试件2的整个表面施加均匀的冲击力，从而无需使用支撑板28，其中，所述冲击吸收材料是由发泡材料、粘弹性材料或它们的组合物形成的。采用这样的设计，同样也能获得试件2的冲击应力—应变特性曲线和冲击吸收率。
权利要求
1.一种冲击试验装置，其包括一保持装置，其以任意的保持力保持一个试件；一冲击施加装置，其向由保持装置保持着的试件施加一个冲击力；一冲击力感测装置，其感测由冲击施加装置施加于试件上的冲击力；一位移检测装置，其在冲击力感测装置感测冲击力时检测试件的位移；以及一输出装置，其基于由冲击力感测装置测得的冲击力和由位移检测装置测得的位移输出冲击应力—应变特性信息，该信息表达了试件的冲击应力与对应于该冲击应力的应变之间的关系。
2.根据权利要求1所述的冲击试验装置，还包括一温度保持装置，其将由保持装置保持着的试件保持在一个预定温度上，其中，所述的预定温度可以改变。
3.根据权利要求2所述的冲击试验装置，还包括一湿度保持装置，其将由保持装置保持着的试件保持在一个预定湿度的大气中，其中，所述的预定湿度可以改变。
4.根据权利要求1所述的冲击试验装置，其特征在于该冲击施加装置包括一摆动式撞锤，其一个端部被可转动地以枢轴支撑；以及一撞锤保持装置，其将撞锤抬升到预定的角度，并保持该预定的角度，使由撞锤保持装置保持的撞锤向下摆动，以向试件施加冲击力。
5.根据权利要求1所述的冲击试验装置，其特征在于冲击力感测装置包括一力传感器，该力传感器跨过试件被布置在与试件的这样一个表面相反的一侧上，该表面受到来自冲击施加装置的冲击力；以及利用力传感器感测冲击力。
6.根据权利要求1所述的冲击试验装置，其特征在于位移检测装置包括一高速摄影机，并利用该高速摄影机检测位移。
7.根据权利要求1所述的冲击试验装置，其特征在于试件是一冲击吸收材料。
8.一种冲击试验方法，其包括下列步骤利用一保持装置以任意的保持力保持一试件；利用一冲击施加装置向在保持步骤中被保持着的试件施加一个冲击力；利用一冲击力感测装置感测在冲击施加步骤中施加到试件上的冲击力，且在冲击力感测装置感测冲击力时利用一位移检测装置检测试件的位移；以及利用一输出装置基于在检测步骤中感测和检测到的冲击力和位移输出冲击应力—应变特性信息，该信息表达了试件的冲击应力与对应于该冲击应力的应变之间的关系。
9.根据权利要求8所述的冲击试验方法，其特征在于位移检测装置包括一高速摄影机，并利用该高速摄影机检测位移。
10.根据权利要求8所述的冲击试验方法，其特征在于保持步骤包括一温度保持步骤，该步骤利用一温度保持装置将被保持着的试件保持在一个预定温度上，其中，所述的预定温度可以改变。
11.根据权利要求10所述的冲击试验方法，其特征在于保持步骤包括一湿度保持步骤，该步骤利用一湿度保持装置将被保持着的试件保持在一个预定湿度上，其中，所述的预定湿度可以改变。
12.根据权利要求8所述的冲击试验方法，其特征在于所述冲击施加装置包括一摆动式撞锤，其一个端部被可转动地以枢轴支撑；以及一撞锤保持装置，其将撞锤抬升到预定的角度，并保持该预定的角度，使由撞锤保持装置保持的撞锤向下摆动，以向试件施加冲击力。
13.根据权利要求8所述的冲击试验方法，其特征在于冲击力感测装置包括一力传感器，该力传感器跨过试件被布置在与试件的这样一个表面相反的一侧上，该表面受到来自冲击施加装置的冲击力；以及利用力传感器感测冲击力。
14.根据权利要求8所述的冲击试验方法，其特征在于试件是一种冲击吸收材料。
15.一种冲击试验方法，其包括下列步骤在一试件未被放置在一保持装置中的状态下，利用一冲击施加装置施加一冲击力；利用一冲击力感测装置对在第一冲击施加步骤中的冲击力进行感测；利用保持装置以任意的保持力保持试件；利用冲击施加装置向在保持步骤中被保持着的试件施加一个冲击力；利用冲击力感测装置感测在第二冲击施加步骤中施加到试件上的冲击力；以及通过将一冲击力除以在第一感测步骤中测得的冲击力而求得一冲击吸收率，输出试件的冲击吸收率，其中，前一冲击力通过从在第一感测步骤中测得的冲击力中减去在第二感测步骤中测得的冲击力而求得。
16.根据权利要求15所述的冲击试验方法，其特征在于保持步骤包括一温度保持步骤，其利用一温度保持装置将被保持着的试件保持在一个预定温度上，其中，所述的预定温度可以改变。
17.根据权利要求16所述的冲击试验方法，其特征在于保持步骤包括一湿度保持步骤，其利用一湿度保持装置将被保持着的试件保持在一个预定湿度上，其中，所述的预定湿度可以改变。
18.根据权利要求15所述的冲击试验方法，其特征在于所述冲击施加装置包括一摆动式撞锤，其一个端部被可转动地以枢轴支撑；以及一撞锤保持装置，其将撞锤抬升到预定的角度，并保持该预定的角度，使由撞锤保持装置保持的撞锤向下摆动，以向试件施加冲击力。
19.根据权利要求15所述的冲击试验方法，其特征在于冲击力感测装置包括一力传感器，该力传感器跨过试件被布置在与试件的这样一个表面相反的一侧上，该表面受到来自冲击施加装置的冲击力；以及利用力传感器感测冲击力。
20.根据权利要求15所述的冲击试验方法，其特征在于试件是一冲击吸收材料。
全文摘要
一种冲击试验装置，其包括一用于以任意的保持力保持着一试件的保持装置；一冲击施加装置，其用于向由保持装置保持着的试件施加一个冲击力；一力传感器，其用于感测由冲击施加装置施加于试件上的冲击力；一高速摄影机，其用于在冲击力施加装置向试件施加冲击力时对试件的位移进行检测；以及一输出装置，其用于使来自于力传感器的信号与来自于高速摄影机的信号同步，且在试件受到冲击力作用时输出一冲击应力—应变特性曲线。
文档编号G01N3/02GK1719225SQ20051008293
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月7日 优先权日2004年7月8日
发明者畑中武藏, 杉原保则, 吉田纯二, 安积由起子, 阴久裕毅 申请人:日东电工株式会社