一种落锤冲击试验用板材夹具平台及冲击速度测量方法与流程

本发明涉及材料力学性能测试领域，特别是一种落锤冲击试验用板材夹具平台及冲击速度测量方法。

背景技术：

目前在复合材料力学性能测试过程中，对复合材料的耐冲击性能进行测试是必不可少的。要对复合材料的耐冲击性能进行测试评估，一般需对复合材料板材试验件进行落锤冲击试验。在落锤冲击试验中，要求实现对板材试验件的固定夹持，并采集落锤下落过程及冲击过程中的速度-时间变化曲线。

现有一般的复合材料板材落锤冲击测试中，落锤冲击装置中的落锤都是竖直落下，正面冲击落锤冲击装置的试验台上夹固的试件的中心位置，从而研究试件材料在正面冲击时刻的力学响应和冲击后的剩余强度，用于评估材料的抗冲击性能。这种落锤冲击装置夹固试件后，大都只能实现正面冲击测试，很难在一台落锤冲击装置上实现多角度的落锤冲击测试；同时，装夹装置一般固定安装于落锤冲击装置上，大都只能实现试件固定位置的冲击，很难实现不同冲击位置的冲击。

同时，在现有的复合材料板材落锤冲击试验中，一般都是采用光栅或者激光检查点采集冲击瞬间两个时间点，以时间变化量来计算此段的平均速度作为冲击瞬间速度，再结合力传感器测得的冲击力-时间变化曲线，通过力学公式推算得出冲击过程中速度-时间的变化曲线。这种方法由于是计算的平均速度，并通过光、力两种传感器两个传感器，计算精度较低，计算过程复杂。此外，当在进行带角度的冲击试验时，由于存在角度带来的侧向力和摩擦力影响，严重影响力传感器的测量准确性，加大速度-时间变化曲线的获得难度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种落锤冲击试验用板材夹具平台，该落锤冲击试验用板材夹具平台能给复合材料板材试验件提供紧固的夹持，还能实现对试验件的多角度冲击，同时还能对落锤下落及冲击过程中的速度变化进行实时测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种落锤冲击试验用板材夹具平台，包括夹具结构、支撑升降结构和激光测速装置。

夹具结构包括板材夹紧装置、多角度旋转装置和夹具底板。

板材夹紧装置包括夹板和夹片；夹板中心设置有试件冲击槽，夹片设置于试件冲击槽两侧的夹板上，夹片与夹板可拆卸连接。

多角度旋转装置包括壁板、壁板螺栓和底板螺栓；夹板两侧各设置一块所述壁板，每块壁板均竖直设置，每块壁板底部均与夹具底板固定连接；每块壁板上均设置有中心孔和两个弧形槽，两个弧形槽关于中心孔对称；中心孔和每个弧形槽内均各设置有一个用于将壁板与夹板可拆卸连接的壁板螺栓，位于弧形槽内的壁板螺栓能沿弧形槽滑移并锁紧；当壁板螺栓全部拧松后，夹板能沿弧形槽进行旋转。

支撑升降结构包括平台和升降驱动装置，平台能在升降驱动装置的作用下进行高度升降；平台中部沿长度方向设置有直条孔，夹具底板通过底板螺栓与平台可拆卸连接；底板螺栓的头部位于夹具底板上方，底板螺栓的杆部依次穿过夹具底板和直条孔，并能沿直条孔滑移并锁紧固定；当底板螺栓拧松后，夹具底板能以底板螺栓为中心进行转动，并能沿直条孔滑移。

落锤设置在夹具结构的上方，落锤包括从上至下依次同轴设置的砝码、砝码盘和锤头；砝码盘和锤头固定连接，锤头底部指向夹板上的试件冲击槽。

激光测速装置包括激光传感器和与激光传感器相连接的计算机，激光传感器设置于位于锤头外周的砝码盘下方。

每个弧形槽均为1/4圆弧槽。

至少有一个弧形槽上设置有角度刻度线。

所述升降驱动装置包括基座、丝杆、铰链和铰链驱动装置，丝杆至少有两根，每根丝杆的中部均与平台螺纹连接，每根丝杆的底部均与基座转动连接，铰链与所有丝杆相连接，铰链在铰链驱动装置的驱动下，带动所有丝杆同步转动。

所述铰链驱动装置为手柄或电机。

本发明还提供一种使用落锤冲击试验用板材夹具平台进行冲击速度的测量方法，该使用落锤冲击试验用板材夹具平台进行冲击速度的测量方法能给复合材料板材试验件提供紧固的夹持，还能实现对试验件的多角度冲击，同时还能对落锤下落及冲击过程中的速度变化进行实时测量。

一种使用落锤冲击试验用板材夹具平台进行冲击速度的测量方法，包括如下步骤。

步骤1，调整平台高度：启动升降驱动装置，降低平台高度。

步骤2，试验件夹紧：将复合材料板材标准试验件放置在夹板的方形槽上方，通过夹片和夹板紧固螺栓将试验件夹紧。

步骤3，冲击角度调整：首先，根据需要，确定本次试验的冲击角度a；然后，拧松所有壁板螺栓，旋转夹板至角度a后，拧紧壁板螺栓。

步骤4，冲击点位置标注：首先根据需要，确定本次试验中的冲击位置；然后，以试验件中心位置处为原点，此时，锤头底部指向该原点；然后，记冲击点位置的极坐标为（m，n），并在试验件上用记号笔对冲击点位置进行标注。

步骤5，冲击点位置调整：拧松底板螺栓，将夹具底板向左移动距离m，后顺时针旋转角度n，使步骤4标注的冲击点位置正对着锤头的正下方。

步骤6，锤头与冲击点位置重合：启动升降驱动装置，升高平台高度，直至试验件接触到锤头，并使锤头与板材的接触面与步骤4标注的冲击点位置相重合，然后拧紧底板螺栓。

步骤7，激光传感器位置调整：将激光传感器安置在基座上，打开激光传感器并通过数据线将数据传输到计算机中，调整激光传感器位置，使激光传感器位于锤头外周的砝码盘下方。

步骤8，激光测速：将激光传感器数据清零，进行冲击试验；激光传感器将对冲击过程中，砝码盘的瞬时速度进行实时测量，计算机将自动记录并绘制冲击速度与时间曲线。

本发明采用上述结构和方法后，不仅能给复合材料板材试验件提供紧固的夹持，而且可以实现对试验件的多角度冲击，在试验件紧固后还可对试验件的冲击位置进行调整，提高了试验操作的灵活性和方便性。此外，通过对夹具平台结构的设计，安装激光传感器，以激光自下而上射向锤头的方式实时采集落锤下落过程中的速度变化，并避免落锤下落过程中碰撞到激光传感器，实现了对落锤下落及冲击过程中速度变化的实时测量，提高了测量方便性，通过单一传感器数据提高了测量准确度，并且避免了带角度冲击带来的速度-时间变化曲线获取困难的问题。具体效果分析如下：

1.通过上、下夹板突出的螺纹杆和左、右壁板上孔槽的装配，可以实现板材夹紧装置0-90度范围内的旋转，通过旋转板材夹紧装置，可以实现在0-90度范围内任意冲击角度的落锤冲击；

2.通过底板底部突出的螺杆和平台长条形孔槽的装配，可以实现夹具结构的平移和旋转，通过调节平移距离和旋转角度，可以实现对试件表面任意位置的落锤冲击；

3.相较于采用通过光栅传感器和力传感器的组合来测量冲击过程的速度变化，采用单一的激光传感器，提高了试验可靠度；

4.相较于采用光栅传感器采集冲击瞬间时间区间内的平均速度，再结合力传感器数据通过力学公式推倒计算冲击过程速度的方法，采用激光传感器对速度进行实时测量，降低了试验数据处理的难度，提高了测量精度；

5.通过将箱体分为上下两部分，有效避免了落锤下落过程中对激光传感器的碰撞，提高了试验安全性；

6.通过采用升降平台调节上下箱体的空间，方便了试验件的更换拆卸，方便了激光传感器的安装。

附图说明

图1显示了本发明一种落锤冲击试验用板材夹具平台的结构示意图。

图2显示了本发明落锤的俯视图。

图3显示了本发明落锤的主视图。

其中有：1.夹片；2.夹板；21.试件冲击槽；3.夹板紧固螺栓；4.壁板；41.中心孔；42.弧形槽；5.落锤；51.锤头；52.砝码盘；53.砝码；54.锤杆；55.螺母；6.壁板螺栓；7.夹具底板；8.平台；81.直条孔；9.底板螺栓；10.丝杠；11.铰链；12.手柄；13.激光传感器；14.箱体；141.基座。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种落锤冲击试验用板材夹具平台，包括夹具结构、支撑升降结构和激光测速装置。

夹具结构包括板材夹紧装置、多角度旋转装置和夹具底板7。

板材夹紧装置包括夹片1、夹板2和夹板紧固螺栓3。

夹板2厚度至少20mm，推荐尺寸为25mm，夹板2中心位置开有试件冲击槽21，试件冲击槽21优选为150mm*100mm深度为4mm的方形槽。

夹片设置于试件冲击槽两侧的夹板上，夹片与夹板可拆卸连接。每片夹片优选均通过三个夹板紧固螺栓将夹片与夹板螺纹连接。

多角度旋转装置包括壁板4、壁板螺栓6和底板螺栓9。

夹板两侧各设置一块壁板，每块壁板均竖直设置，每块壁板底部均与夹具底板7固定连接，优选为焊接。

每块壁板上均设置有中心孔41和两个弧形槽42，两个弧形槽关于中心孔对称；中心孔和每个弧形槽内均各设置有一个用于将壁板与夹板可拆卸连接的壁板螺栓，位于弧形槽内的壁板螺栓能沿弧形槽滑移并锁紧；当壁板螺栓全部拧松后，夹板能沿弧形槽进行旋转。

每个弧形槽均优选为1/4圆弧槽，也即为夹板能沿弧形槽进行90°的旋转。

进一步，至少有一个弧形槽上设置有角度刻度线。

支撑升降结构包括平台8和升降驱动装置，平台能在升降驱动装置的作用下进行高度升降。

平台中部沿长度方向设置有直条孔81，夹具底板通过底板螺栓与平台可拆卸连接；底板螺栓的头部位于夹具底板上方，底板螺栓的杆部依次穿过夹具底板和直条孔，并能沿直条孔滑移并锁紧固定；当底板螺栓拧松后，夹具底板能以底板螺栓为中心进行转动，并能沿直条孔滑移。

落锤设置在夹具结构的上方，如图2和图3所示，落锤包括从上至下依次同轴设置的砝码53、砝码盘52和锤头51。

锤头优选与锤杆54一体设置，砝码盘和锤头固定连接，砝码套装在位于砝码盘上方的锤杆上；锤头底部指向夹板上的试件冲击槽。

上述升降驱动装置优选包括基座141、丝杆10、铰链11和铰链驱动装置。

基座141优选为箱体14的底板，箱体14上下左右后五个面为封闭面，前面为开放面，平台8优选将箱体14分割成上下两部分，有效避免了落锤下落过程中对激光传感器的碰撞，提高了试验安全性。

丝杆至少有两根，本发明中优选为两根。

每根丝杆的中部均与平台螺纹连接，每根丝杆的底部均与基座转动连接，铰链与所有丝杆相连接，铰链在铰链驱动装置的驱动下，带动所有丝杆同步转动。

所述铰链驱动装置为手柄12或电机等，铰链围绕丝杠和手柄形成三角状；丝杠与平台螺纹连接。

激光测速装置包括激光传感器13和与激光传感器相连接的计算机，激光传感器设置于位于锤头外周的砝码盘下方。激光传感器包括激光发射端和激光接收端。

一种使用落锤冲击试验用板材夹具平台进行冲击速度的测量方法，包括如下步骤。

步骤1，调整平台高度：启动升降驱动装置，降低平台高度。

步骤2，试验件夹紧：将复合材料板材标准试验件放置在夹板的方形槽上方，通过夹片和夹板紧固螺栓将试验件夹紧。

复合材料板材标准试验件的尺寸优选为150mm*100mm*5mm。

步骤3，冲击角度调整：首先，根据需要，确定本次试验的冲击角度a；然后，拧松所有壁板螺栓，旋转夹板至角度a后，拧紧壁板螺栓。

步骤4，冲击点位置标注：首先根据需要，确定本次试验中的冲击位置；然后，以试验件中心位置处为原点，此时，锤头底部指向该原点；然后，记冲击点位置的极坐标为（m，n），并在试验件上用记号笔对冲击点位置进行标注。

步骤5，冲击点位置调整：拧松底板螺栓，将夹具底板向左移动距离m，后顺时针旋转角度n，使步骤4标注的冲击点位置正对着锤头的正下方。

步骤6，锤头与冲击点位置重合：启动升降驱动装置，升高平台高度，直至试验件接触到锤头，并使锤头与板材的接触面与步骤4标注的冲击点位置相重合，然后拧紧底板螺栓。

步骤7，激光传感器位置调整：将激光传感器安置在基座上，打开激光传感器并通过数据线将数据传输到计算机中，调整激光传感器位置，使激光传感器位于锤头外周的砝码盘下方。

步骤8，激光测速：将激光传感器数据清零，进行冲击试验；激光传感器将对冲击过程中，砝码盘的瞬时速度进行实时测量，计算机将自动记录并绘制冲击速度与时间曲线。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。