专利名称：粘弹性材料本构试验装置及其试验方法
技术领域：
本发明属于减振降噪抗冲产品及其材料力学领域，尤其涉及一种粘弹性材料本构 试验装置及其试验方法。
现有技术减振降噪抗冲产品一般采用粘弹性材料作为耗能材料，而该产品在设计开发过程 中多采用仿真计算的方法进行产品的前期设计，因此在计算中会涉及粘弹材料本构关系的 计算参数。由于粘弹性材料不同于金属材料仅需要几个参数来描述其本构关系(应力应变 关系)特性，其力学行对环境温度、应变历程、加载速率、加载频率大小都非常敏感，具有很 强的非线性。粘弹性材料的力学性能描述，主要有两种方式现象学和热力学统计的方法。 而这两种方法中的参数主要通过材料基础试验得到，具体试验包括单轴拉伸、等双轴形拉 伸、平面剪切及体积压缩试验。目前粘弹性材料本构关系参数多采用简单的单轴拉伸试验台得到，或通过单一的 专用试验台得到，如平面剪切试验台。通过该试验装置得到的测试数据精度不高，且数据形 式单一，很难完全描述粘弹性材料的力学行为，因此将此试验数据应用于粘弹性产品力学 计算时很难得到正确的结果。
发明内容
本发明是为了解决现有技术存在的上述问题而提供的一种可解决粘弹性材料本 构参数识别问题的多功能的粘弹性材料本构试验装置及其试验方法。本发明在同一台粘弹 性材料本构试验装置上能同时进行单轴拉伸、平面拉伸、等双轴形拉伸等多种试验，丰富了 粘弹性材料等弹性体力学试验的手段，为减振降噪抗冲元件的力学计算提供依据，同时，通 过该试验装置得到的数据能够为粘弹性类产品的力学性能计算提供技术支撑。本发明采取的技术方案是粘弹性材料本构试验装置，包括试验测试平台、设置 在试验测试平台上的至少一对试件夹具、夹具牵引部件、拉力控制部件、以及测试电路；所述的夹具牵引部件包括一电机、与电机输出轴连接的滚珠丝杠副、与滚珠丝杠 副螺纹连接的进给盘、连接在进给盘与各试件夹具之间的牵引绳；所述的拉力控制部件包括一与所述电机连接的电机控制器；所述的测试电路包括激光引申计、设置在牵引绳上的拉力传感器、分别与激光引 申计和拉力传感器的输出端电连接的数据采集模块、以及与数据采集模块输出端电连接的 计算机测量分析系统。上述粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的试验测试平台的表面的平滑的。 上述粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的试验测试平台的表面设有导槽，所述 的试件夹具坐落在所述导槽中，沿导槽移动。 上述粘弹性材料本构试验装置，其中，还包括至少一对定滑轮，相对固定设置在试验测试平台的边缘，所述的牵引绳通过所述定滑轮向下悬挂。上述粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的牵引绳由细钢丝构成。上述粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的计算机测量分析系统由嵌入在计算 机中的粘弹参数测量分析软件构成。上述粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的每对试件夹具均由结构相同的两个 夹具单件构成，所述的夹具单件包括一夹具本体，所述的夹具本体一端连接牵引绳，另一端 设有可容置试件侧边的开口槽，通过螺栓将试件侧边固定在开口槽中。上述粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的试件上对称设有两个基准标记，所述 的激光引申计发射一排激光对准试件上的两个基准标记。采用上述粘弹性材料本构试验装置进行粘弹性材料本构试验的方法，其特点是， 包括以下步骤a、在试件上对称设有两个基准标记，将试件的两端固定在试件夹具的开口槽中；b、激光引申计发出一排激光光束对准试件上的基准标记；c、拉力控制部件根据测试要求控制夹具牵引部件的进给盘的上下运动；d、牵引绳在夹具牵引部件的牵引下拉伸试件夹具，试件被试件夹具来回拉伸或松 弛，试件上的基准标记相对于激光引申计发射的激光光束发生偏移；e、测试电路的数据采集模块不断采集基准标记相对于激光引申计发射的激光光 束的偏移量，同时不断采集拉力传感器发出的电压信号，计算机测量分析系统根据实时采 集的基准标记偏移量和拉力电压信号进行时间分析，得到应力应变数据，并将形成的分析 曲线输出并存储在存储器中。上述粘弹性材料本构试验的方法，其中，可进行单轴拉伸、平面剪切、以及等双轴 形拉伸试验。本发明由于采用了以上的技术方案，采用拉力控制部件根据测试要求控制夹具牵 引部件的进给盘的上下运动，采用激光测试和拉力传感器方法，能够分别完成粘弹性材料 等弹性体的单轴拉伸、平面剪切、等双轴形拉伸试验及应力松弛试验。可实时测量粘弹性材 料试样的应力应变数据，其中主要包括准静态的超弹参数测量和瞬态的粘弹参数测量。具 有多功能、高精度特点。
本发明的具体性能特征由以下的实施例及其附图进一步描述。图1是本发明粘弹性材料本构试验装置的结构示意图。图2是本发明粘弹性材料本构试验装置的测试电路的电方框图。图3是本发明粘弹性材料本构试验的方法的方框图。图4是采用本发明进行单轴拉伸试验的实施例的结构俯视图。图5是采用本发明进行平面剪切试验的实施例的结构俯视图。图6是采用本发明进行等双轴形拉伸试验的实施例的结构俯视图。
具体实施例方式请参阅图1。本发明粘弹性材料本构试验装置，包括试验测试平台1、设置在试验测试平台上的至少一对试件夹具2、夹具牵引部件3、拉力控制部件4、以及测试电路5。所 述的试验测试平台的表面的平滑的，或者，在所述的试验测试平台的表面设有导槽，所述的 试件夹具坐落在所述导槽中，沿导槽移动。所述的夹具牵引部3件包括一电机31、与电机输出轴连接的滚珠丝杠副32、与滚 珠丝杠副螺纹连接的进给盘33、连接在进给盘与试件夹具之间的牵引绳34。为了使牵引绳 移动平滑，本发明粘弹性材料本构试验装置中，还包括至少一对定滑轮，定滑轮的数量与试 件夹具的数量相同，各定滑轮位于各自的试件夹具的后方。本实施例设有一对定滑轮35，相 对固定设置在试验测试平台的边缘，所述的牵引绳通过所述定滑轮向下悬挂，与进给盘连 接。所述的牵引绳34由细钢丝构成。所述的拉力控制部件4包括一与所述电机连接的电机控制器，该电机控制器可以 根据测试的要求控制电机往返。请参阅图2。所述的测试电路5包括激光引申计51、设置在牵引绳上的拉力传感 器52、分别与激光引申计和拉力传感器的输出端电连接的数据采集模块53、以及与数据采 集模块输出端电连接的计算机测量分析系统54。所述的试件100上对称设有两个基准标记 101，所述的激光引申计发射一排激光对准试件上的两个基准标记。所述的计算机测量分析 系统由嵌入在计算机中的粘弹参数测量分析软件构成。可实时测量粘弹性材料试样的应力 应变数据，其中主要包括准静态的超弹参数测量和瞬态的粘弹参数测量。本发明粘弹性材料本构试验装置，其中，所述的每对试件夹具2均由结构相同的 两个夹具单件构成，所述的每个夹具单件包括一夹具本体21，该夹具本体一端连接牵引绳 34，另一端设有可容置试件侧边的开口槽22，试件100侧边嵌设在开口槽中，通过螺栓固 定。请参阅图3，并配合参阅图1、图2。采用本发明粘弹性材料本构试验装置进行粘弹 性材料本构试验的方法，包括以下步骤a、在试件100上对称设有两个基准标记101，将试件的两端固定在试件夹具的开 口槽中；b、激光引申计发出一排激光光束对准试件上的基准标记；c、拉力控制部件根据测试要求控制夹具牵引部件的进给盘的上下运动；d、牵引绳在夹具牵引部件的牵引下拉伸试件夹具，试件被试件夹具来回拉伸或松 弛，试件上的基准标记相对于激光引申计发射的激光光束发生偏移；e、测试电路的数据采集模块不断采集基准标记相对于激光引申计发射的激光光 束的偏移量，同时不断采集拉力传感器发出的电压信号，计算机测量分析系统根据实时采 集的基准标记偏移量和拉力电压信号进行时间分析，得到应力应变数据，并形成分析曲线 输出，在显示器56上显示，或上传到有关控制中心，同时存储在存储器55中。采用本发明粘弹性材料本构试验的方法，可进行单轴拉伸、平面剪切、以及等双轴 形拉伸的试验。具体试验的实施例如图4 图6所示。图4 图6只显示了试件布置在试 验测试平台上的结构部分，牵引绳与进给盘等部件的连接未图示，该部分结构、原理与图1、 图2所示的相同，故不赘述。请参阅图4，图4是采用本发明进行单轴拉伸试验的实施例的部分结构的俯视图。 包括试验测试平台61、设置在试验测试平台61上的一对试件夹具62、63，在试件夹具62、63
5之间连接一试件600。试验测试平台61为圆形，在试验测试平台相对的边缘设有两个定滑 轮64、65。两传感器67-1,67-2分别设置在两根牵引绳66-1,66-2上。两根牵引绳66-1, 66-2的一端分别与试件夹具62、63的另一端连接，两根牵引绳66_1、66_2的另一端分别连 接受电机驱动的进给盘。试件600为单轴形，在试件600上对称设有两个基准标记601，激 光引申计发出的激光对准该基准标记。该试验台的工作原理是计算机控制电机驱动器来驱动电机运动，从而带动进给 盘的升降运动，以满足同步拉动细钢丝及其连接的试件夹具、试件等；同时计算机通过实时 控制数据采集系统采集拉力传感器和激光引申计中的信号，并通过嵌入在计算机中的粘弹 参数测量分析软件处理得到所需要的应力应变数据。对于不同的试验测试形式，其工作原理相同，仅所采用的夹具不同和进给盘的运 动速度不同。请参阅图5，图5是采用本发明进行平面剪切试验的实施例的部分结构俯视图。本 实施例包括试验测试平台71、设置在试验测试平台71上的一对试件夹具72、73，在试件夹 具72、73之间连接一试件700。试件700为单轴形，在试件700上对称设有两个基准标记 701，激光引申计发出的激光对准该基准标记。试验测试平台71为圆形，在试验测试平台相 对的边缘设有两个定滑轮74、75。两传感器77-1、77-2分别设置在两根牵引绳76_1、76_2 上。两根牵引绳76-1、76-2的一端分别与试件夹具72、73的另一端连接，两根牵引绳76_1、 76-2的另一端分别连接受电机驱动的进给盘。测试原理同上。请参阅图6，图6是采用本发明进行等双轴形拉伸试验的实施例的部分结构俯视 图。本实施例包括试验测试平台81、设置在试验测试平台81上的多对试件夹具82-1、82-2、 82-3,82-4,在多对试件夹具之间连接一试件800。该试件800为等双轴形，在试件800上对 称设有两个基准标记801，激光引申计发出的激光对准该基准标记。试验测试平台81为圆 形，在试验测试平台相对的边缘设有四对共八个定滑轮84-1、84-2、84-3、84-4、84-5、84-6、 84-7,84-80每个定滑轮支持一牵引绳85，每个牵引绳上设置一传感器86每根牵引绳的另 一端连接受电机驱动的进给盘。测试原理同上。本发明具有多功能效果，能够在同一个试验台上完成粘弹性材料等弹性体的单轴 拉伸、平面剪切、等双轴形拉伸试验及应力松弛试验。具有稳定性高及高精度等优点。
权利要求
粘弹性材料本构试验装置，包括试验测试平台、设置在试验测试平台上的至少一对试件夹具、夹具牵引部件、拉力控制部件、以及测试电路；所述的夹具牵引部件包括一电机、与电机输出轴连接的滚珠丝杠副、与滚珠丝杠副螺纹连接的进给盘、连接在进给盘与各试件夹具之间的牵引绳；所述的拉力控制部件包括一与所述电机连接的电机控制器；所述的测试电路包括向试件发射激光的激光引申计、设置在牵引绳上的拉力传感器、分别与激光引申计和拉力传感器的输出端电连接的数据采集模块、以及与数据采集模块输出端电连接的计算机测量分析系统。
2.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，所述的试验测试平 台的表面的平滑的。
3.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，所述的试验测试平 台的表面设有导槽，所述的试件夹具坐落在所述导槽中，沿导槽移动。
4.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，还包括至少一对定 滑轮，相对固定设置在试验测试平台的边缘，所述的牵引绳通过所述定滑轮向下悬挂。
5.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，所述的牵引绳由细 钢丝构成。
6.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，所述的计算机测量 分析系统由嵌入在计算机中的粘弹参数测量分析软件构成。
7.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，所述的每对试件夹 具均由结构相同的两个夹具单件构成，所述的夹具单件包括一夹具本体，所述的夹具本体 一端连接牵引绳，另一端设有可容置试件侧边的开口槽，通过螺栓将试件侧边固定在开口 槽中。
8.根据权利要求1所述的粘弹性材料本构试验装置，其特征在于，所述的试件上对称 设有两个基准标记，所述的激光引申计发射一排激光对准试件上的两个基准标记。
9.采用权利要求1 8所述的粘弹性材料本构试验装置进行粘弹性材料本构试验的方 法，其特征在于，包括以下步骤a、在试件上对称设有两个基准标记，将试件的两端固定在试件夹具的开口槽中；b、激光引申计发出一排激光光束对准试件上的基准标记；c、拉力控制部件根据测试要求控制夹具牵引部件的进给盘的上下运动；d、牵引绳在夹具牵引部件的牵引下拉伸试件夹具，试件被试件夹具来回拉伸或松弛， 试件上的基准标记相对于激光引申计发射的激光光束发生偏移；e、测试电路的数据采集模块不断采集基准标记相对于激光引申计发射的激光光束的 偏移量，同时不断采集拉力传感器发出的电压信号，计算机测量分析系统根据实时采集的 基准标记偏移量和拉力电压信号进行时间分析，得到应力应变数据，并将形成的分析曲线 输出并存储在存储器中。
10.根据权利要求9所述的粘弹性材料本构试验的方法，其特征在于，可进行单轴拉 伸、平面剪切、以及等双轴形拉伸试验。
全文摘要
本发明公开了一种粘弹性材料本构试验装置及其试验方法，包括试验测试平台、设置在试验测试平台上的至少一对试件夹具、夹具牵引部件、拉力控制部件、以及测试电路；夹具牵引部件包括电机、与电机输出轴连接的滚珠丝杠副、与滚珠丝杠副螺纹连接的进给盘、连接在进给盘与试件夹具之间的牵引绳；拉力控制部件包括电机控制器；测试电路包括激光引申计、设置在牵引绳上的拉力传感器、分别与激光引申计和拉力传感器的输出端电连接的数据采集模块、以及与数据采集模块输出端电连接的计算机测量分析系统。可在同一台试验装置上进行单轴拉伸、平面拉伸、等双轴形拉伸等多种试验，丰富了粘弹性材料等弹性体力学试验的手段，为减振降噪抗冲元件的力学计算提供依据。
文档编号G01N3/24GK101858839SQ20101017262
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者吴恒亮, 孙少龙, 沈建平, 童宗鹏, 马永涛 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所