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的制作方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】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
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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ΚΓ2^ 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（ΙΟΥΛΙΟΥ 1)甚至是超高应变率 (104^-106^)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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 对于电阻应变片和半导体应变片，应变的计算公式分别为
【权利要求】
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。
2. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于具有以下功能： (1) 读取SHPB测试得到的电压-时间数据点，并将其绘成电压-时间曲线，并可以进行 数据的查看、平滑、修改和截取等； (2) 给定三套常用的试验参数，也可以由用户自行输入参数和计算公式，从而满足不同 型号的应变仪和传感器，适用不同的标定方法和采集频率； (3) 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； (4) 能够处理动态压缩、剪切和拉伸力学性能测试数据； (5) 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。
3. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于：所述数据读取模块10中，读取 数据采集系统记录的数据文件，读取过程中可以输入电压的放大倍数或者加入标定文件。
4. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于：所述波形选择模块20中，采用 手动、半自动、自动三种方法来选取入射波、反射波、透射波波形，提高了复杂波形的适用能 力和处理能力。
5. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于：所述波形选择模块20中，自动 选取波形时，运用数学算法智能分离计算波形，通过对波的振幅进行计算来选择数据点拟 合切线，并求出截距来确定波形。
6. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于：所述计算模块30中包括下列处 理步骤： 步骤31 :选择压缩、拉伸、剪切三种试验类型中的一种； 步骤32 :编辑试验中的各项参数，涉及圆柱形试样的直径、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，电阻应变片应变敏感系数，标定电阻等； 步骤33 :选择入射-反射、入射-透射和反射-透射三种计算模型来进行计算，同时也 方便进行数据准确性的验证； 步骤34 :由本数据处理系统自动计算出应力应变曲线、真应力真应变曲线、应力时间 曲线、应变时间曲线以及应变率时间曲线。
7. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于：所述数据平滑及修复模块40 中，用户可以根据自己的需要，对其它三个模块中曲线或数据进行即时查看、修改、截取和 保存等处理。
8. 根据权利要求1所述的数据处理系统，其特征在于：所述数据平滑及修复模块40 中，波形的平滑处理使用的方法为滑动平均值法或中位数扫描法。
【文档编号】G01N3/02GK104062174SQ201410324282
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】刘金旭, 呼陟宇, 陈忠恺, 李树奎 申请人:北京理工大学