一种冲击力测试装置及方法与流程

本发明涉及材料落锤压溃试验技术领域，特别涉及一种冲击力测试装置及方法。

背景技术：

碰撞安全是汽车设计、生产和使用等各个环节都不容忽视的重要内容，也是评价汽车性能的重要参考指标之一，受到越来越多的主机厂和消费者的关注，更是未来汽车发展的重要方向。伴随着高强钢的大量应用和强度级别的不断提升，都为汽车安全设计提供重要的材料支撑。使用高强钢制作的帽形梁结构，是车身传力路径的重要结构形式和整车的骨架，在汽车发生碰撞时，起到传递冲击力和吸收能量的重要作用。因此，对高强钢材料进行吸能特性分析，是汽车设计选材必须进行的重要环节，也是目前高端汽车品牌认证的必备环节。

对高强钢材料吸能特性的评价主要采用落锤压溃试验，而该试验目前暂无统一的试验设备和测试标准，以自主研发设备和测试方法为主。但是，现有技术中的测试设备及方法操作复杂。

技术实现要素：

本发明提供一种冲击力测试装置及方法，解决了或部分解决了现有技术中冲击力测试设备及方法操作复杂的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种冲击力测试装置，用于支撑试件，所述冲击力测试装置包括：试件安装台、支撑平台、护板座、传感器及信号采集器；所述试件可拆卸式地设置在所述试件安装台上；所述护板座设置在所述支撑平台与所述试件安装台之间；所述试件安装台背离所述试件的端面上固定设置有圆柱；所述支撑平台上开设有安装槽，所述传感器固定设置在所述安装槽内；所述信号采集器与所述传感器连接；所述圆柱可与所述传感器接触。

进一步地，所述传感器通过传感器垫片固定设置在所述安装槽内。

进一步地，所述冲击力测试装置还包括：夹持机构；所述夹持机构包括：第一固定夹及第二固定夹；所述试件安装台上固定设置有连接板；所述第一固定夹及第二固定夹与所述连接板可拆卸式地连接；所述第一固定夹与所述第二固定夹可拆卸式的连接；所述试件设置在所述第一固定夹及第二固定夹之间。

进一步地，所述夹持装置还包括：若干第一固定件、若干第二固定件及锁紧件；所述连接板的第一侧开设有若干第一横槽，所述连接板的第二侧开设有若干第二横槽；所述第一固定夹靠近所述连接板的端部开设有若干第三横槽，若干所述第三横槽与若干所述第一横槽一一对应，所述第一固定件穿过所述第三横槽进入相对应的所述第一横槽；所述第二固定夹靠近所述连接板的端部开设有若干第四横槽，若干所述第四横槽与所述第二横槽一一对应，所述第二固定件穿过所述第四横槽进入相对应的所述第二横槽；所述第一固定夹远离所述连接板的端部开设有第一锁紧孔，所述第二固定夹远离所述连接板的端部开设有第二锁紧孔，所述第一锁紧孔的位置与所述第二锁紧孔的位置相对应；所述锁紧件穿过所述第一锁紧孔进入所述第二锁紧孔。

进一步地，所述冲击力测试装置还包括：若干过载保护机构；所述过载保护机构包括：壳体、过载保护触发器、触发控制杆、开关、电路、电磁部件、衔铁、滑块、支撑杆及支撑垫板；所述过载保护触发器、触发控制杆、开关、电路及电磁部件均设置在所述壳体内；所述过载保护触发器与所述信号采集器连接；所述壳体固定设置在所述试件安装台背离所述试件的端面上；所述触发控制杆的接收端与所述过载保护触发器连接，所述触发控制杆的动作端可与所述开关接触；所述开关设置在所述电路上，所述电路与所述电磁部件连接；所述衔铁及所述滑块可滑动式地设置在所述试件安装台背离所述试件的端面上，所述衔铁与所述滑块固定连接，所述滑块上开设有通孔；所述支撑杆第一端可转动式地设置在所述试件安装台背离所述试件的端面上，所述支撑杆的的第二端可设置在所述通孔内；所述支撑垫板可转动式地设置在所述试件安装台背离所述试件的端面上，所述支撑杆可支撑所述支撑垫板，所述护板座朝向所述试件安装台的端面上开设有槽口，所述支撑垫板可进入所述槽口内。

进一步地，所述电磁部件包括：铁芯及线圈；所述线圈与所述电路串联；所述线圈缠绕在所述铁芯上。

进一步地，所述铁芯、衔铁及滑块同轴设置。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种冲击力测试方法，包括以下步骤：选取传感器，采用万能试验机测试系统和超动态应变采集仪对传感器进行标定，获取电压信号与力信号之间的对应关系；将所述传感器安装在支撑平台的安装槽内，护板座设置在所述支撑平台与所述试件安装台之间，试件安装台上的圆柱对准所述传感器；将试件设置在所述试件安装台上；落锤自由落下与所述试件发生作用，高速摄像机通过所述落锤上喷涂的标记点进行位移测试，获得位移-时间曲线；所述传感器获得冲击力的电压变化曲线，通过标定系数转换为力信号曲线，获取力-时间曲线，所述传感器通过信号采集器发送给显示设备；根据所述力-时间曲线和所述位移-时间曲线，采用插值计算，将所述力-时间曲线的数据和所述位移-时间曲线的数据插值到同一时间轴下，根据力的图像与位移图像确定冲击起始点，获得力-位移曲线；根据所述力-位移曲线对材料的吸能特性进行评价。

进一步地，所述试件通过第一固定夹及第二固定夹设置在所述试件安装台上，所述试件的底部与所述试件安装台完全贴合。

进一步地，所述的冲击力测试方法还包括以下步骤：所述信号采集器向过载保护触发器发送过载信号，所述过载保护触发器根据所述过载信号向触发控制杆发送动作信号；触发控制杆操纵开关关闭，电路通电，电磁部件产生磁场，吸附衔铁，衔铁运动带动滑块运动，支撑杆由所述滑块的通孔内脱离，所述支撑杆下垂；支撑垫板失去所述支撑杆的支撑，所述支撑垫板下垂，进入所述护板座槽口内，通过所述支撑垫板支撑试件安装台；冲击力通过所述支撑垫板传递到所述护板座，而后传递到所述支撑平台。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于试件可拆卸式地设置在试件安装台上，所以，当要进行测试时，可以将试件安装在试件安装台上，由于护板座设置在支撑平台与试件安装台之间，所以，可以通过护板座保护传感器，由于试件安装台背离试件的端面上固定设置有圆柱，支撑平台上开设有安装槽，传感器固定设置在安装槽内，信号采集器与传感器连接，圆柱可与传感器接触，所以，落锤自由落下与试件发生作用，力由试件、试件安装台、圆柱传递给传感器，高速摄像机通过落锤上喷涂的标记点进行位移测试，获得位移-时间曲线，传感器获得冲击力的电压变化曲线，通过标定系数转换为力信号曲线，获取力-时间曲线，传感器通过信号采集器发送给显示设备，根据力-时间曲线和位移-时间曲线，采用插值计算，将力-时间曲线的数据和位移-时间曲线的数据插值到同一时间轴下，根据力的图像与位移图像确定冲击起始点，获得力-位移曲线，根据力-位移曲线对材料的吸能特性进行评价，可以方便对材料进行冲击力测试，获得力-位移曲线，对材料的吸能特性进行评价。

附图说明

图1为本发明实施例提供的冲击力测试装置的结构示意图；

图2为图1中冲击力测试装置的护板座的结构示意图；

图3为图1中冲击力测试装置的夹持机构的结构示意图；

图4为图1中冲击力测试装置的过载保护机构的安装示意图；

图5为图1中冲击力测试装置的过载保护机构的工作示意图；

图6为图4中冲击力测试装置的过载保护机构的电路图。

具体实施方式

参见图1-2，本发明实施例提供的一种冲击力测试装置，用于支撑试件1,所述冲击力测试装置包括：试件安装台2、支撑平台3、护板座4、传感器5及信号采集器。

试件1可拆卸式地设置在试件安装台2上。

护板座4设置在支撑平台3与试件安装台2之间。

试件安装台2背离试件1的端面上固定设置有圆柱6。

支撑平台3上开设有安装槽，传感器5固定设置在安装槽内。

信号采集器与传感器5连接。

圆柱7可与传感器接触。

本申请具体实施方式由于试件1可拆卸式地设置在试件安装台2上，所以，当要进行测试时，可以将试件1安装在试件安装台2上，由于护板座4设置在支撑平台3与试件安装台2之间，所以，可以通过护板座4保护传感器5，由于试件安装台2背离试件1的端面上固定设置有圆柱6，支撑平台3上开设有安装槽，传感器5固定设置在安装槽内，信号采集器与传感器5连接，圆柱6可与传感器5接触，所以，落锤7自由落下与试件1发生作用，力由试件1、试件安装台2、圆柱6传递给传感器5，高速摄像机通过落锤7上喷涂的标记点进行位移测试，获得位移-时间曲线，传感器5获得冲击力的电压变化曲线，通过标定系数转换为力信号曲线，获取力-时间曲线，传感器5通过信号采集器发送给显示设备，根据力-时间曲线和位移-时间曲线，采用插值计算，将力-时间曲线的数据和位移-时间曲线的数据插值到同一时间轴下，根据力的图像与位移图像确定冲击起始点，获得力-位移曲线，根据力-位移曲线对材料的吸能特性进行评价，可以方便对材料进行冲击力测试，获得力-位移曲线，对材料的吸能特性进行评价。

其中，信号采集器通过线缆与传感器5连接，保证信号的传递。

护板座4上开设有观察窗，可以通过观察窗观察圆柱6是否对准传感器5，保证圆柱6的底面与传感器5完全接触。

具体地，传感器5通过传感器垫片8固定设置在安装槽内，可以保证传感器5安装稳定。

其中，传感器5为压电式测力传感器，整个压溃过程的作用时间较短，一般在30-50ms，而冲击载荷较大在20-35kn左右，因此，在选择传感器时，选择测量稳定性高、操作简单、动态特性好的压电式测力传感器。

参见图3，冲击力测试装置还包括：夹持机构9。

夹持机构9包括：第一固定夹9-1及第二固定夹9-2。

试件安装台2上固定设置有连接板10。

第一固定夹9-1及第二固定夹9-2与连接板10可拆卸式地连接。

第一固定夹9-1与第二固定夹9-2可拆卸式的连接。

试件1设置在第一固定夹9-1及第二固定夹9-2之间。

可以将试件1放置在第一固定夹9-1及第二固定夹9-2之间，然后将第一固定夹9-1及第二固定夹9-2与连接板10固定连接，然后将第一固定夹9-1与第二固定夹9-2锁紧，使试件通过第一固定夹9-1、第二固定夹9-2及连接板10与试件安装台2连接为一体。

具体地，夹持装置9还包括：若干第一固定件9-3、若干第二固定件9-4及锁紧件9-5。

连接板10的第一侧开设有若干第一横槽，连接板10的第二侧开设有若干第二横槽。

第一固定夹9-1靠近连接板10的端部开设有若干第三横槽，若干第三横槽与若干第一横槽一一对应，第一固定件9-3穿过第三横槽进入相对应的第一横槽。

第二固定夹9-2靠近连接板10的端部开设有若干第四横槽，若干第四横槽与第二横槽一一对应，第二固定件9-4穿过第四横槽进入相对应的第二横槽。

第一固定夹9-1远离连接板10的端部开设有第一锁紧孔，第二固定夹9-2远离连接板10的端部开设有第二锁紧孔，第一锁紧孔的位置与第二锁紧孔的位置相对应。

锁紧件9-5穿过第一锁紧孔进入第二锁紧孔。

当要夹持试件1时，将第一固定件9-3穿过第三横槽进入相对应的第一横槽，使第一固定夹9-1与连接板10连接为一体，第二固定件9-4穿过第四横槽进入相对应的第二横槽，使第二固定夹9-2与连接板10连接为一体，将试件1放置在第一固定夹9-1及第二固定夹9-2之间，将锁紧件9-5穿过第一锁紧孔进入第二锁紧孔，使第一固定夹9-1与第二固定夹9-2连接为一体，将试件1夹持，使试件1与试件安装台2连接为一体，保证试件1的底面与试件安装台2完全贴合。

其中，根据所研究高强钢材料厚度的不同，采用冷折弯和点焊等工艺制作成不同截面要求的帽形梁试件1。

第一固定夹9-1及第二固定夹9-2可以适合多种尺寸试件开展试验，通用性高。

第一固定件9-3、第二固定件9-4及锁紧件9-5均可以为螺栓及螺母组成。

参见图4-6，冲击力测试装置还包括：若干过载保护机构11。

过载保护机构11包括：壳体11-1、过载保护触发器、触发控制杆11-2、开关11-3、电路11-4、电磁部件11-5、衔铁11-6、滑块11-7、支撑杆11-8及支撑垫板11-9。

过载保护触发器、触发控制杆11-2、开关11-3、电路11-4及电磁部件11-5均设置在壳体11-1内。

过载保护触发器与信号采集器连接。

壳体11-1固定设置在试件安装台2背离试件1的端面上。在本实施方式中，壳体11-1可通过焊接固定设置在试件安装台2背离试件1的端面上，保证连接稳定性。

触发控制杆11-2的接收端与过载保护触发器连接，触发控制杆11-2的动作端可与开关11-3接触，通过触发控制杆11-2控制开关11-3的关闭。

开关11-3设置在电路11-4上，通过开关11-4控制电路11-4的通断。电路11-4与电磁部件11-5连接。

衔铁11-6及滑块11-7可滑动式地设置在试件安装台2背离试件1的端面上。在本实施方式中，试件安装台2背离试件1的端面开设有滑槽，衔铁11-6及滑块11-7可滑动式地设置在滑槽内。

衔铁11-6与滑块11-7固定连接。在本实施方式中，衔铁11-6可通过绳索与滑块11-7固定连接，保证衔铁11-6与滑块11-7之间有一定的延展性。滑块11-7上开设有通孔。

支撑杆11-8第一端可转动式地设置在试件安装台2背离试件1的端面上。在本实施方式中，支撑杆11-8第一端可通过转轴可转动式地设置在试件安装台2背离试件1的端面上。支撑杆11-8的的第二端可设置在通孔内。

支撑垫板11-9可转动式地设置在试件安装台2背离试件1的端面上。在本实施方式中，支撑垫板11-9可通过转轴可转动式地设置在试件安装台2背离试件1的端面上。支撑杆11-8可支撑支撑垫板11-9，护板座4朝向试件安装台的端面上开设有槽口，支撑垫板11-9可进入槽口内。

信号采集器向过载保护触发器发送过载信号，过载保护触发器根据过载信号向触发控制杆11-2发送动作信号，触发控制杆11-2操纵开关11-3关闭，电路11-4通电，电磁部件11-5产生磁场，吸附衔铁11-6，衔铁11-6运动带动滑块11-7运动，支撑杆11-8由滑块11-7的通孔内脱离，支撑杆11-8下垂，支撑垫板11-9失去支撑杆11-8的支撑，支撑垫板11-9下垂，进入护板座4槽口内，通过支撑垫板11-9支撑试件安装台2，冲击力通过支撑垫板11-9传递到护板座4，而后传递到支撑平台3，避免传感器5被较大的冲击力所破坏。

电磁部件11-5包括：铁芯11-51及线圈11-52。

线圈11-52与电路11-4串联。在本实施方式中，电路11-4上有电源11-41，通过电源11-41向线圈11-52供电。

线圈11-52缠绕在铁芯11-51上，当11-52通电后，会使铁芯11-51产生磁力。

铁芯11-51、衔铁11-6及滑块11-7同轴设置，保证铁芯11-51在产生磁力时，能吸附衔铁11-6及滑块11-7在滑槽内动作。

基于相同的发明构思，本申请还提供一种冲击力测试方法，包括以下步骤：

步骤s1,选取传感器52，采用万能试验机测试系统和超动态应变采集仪对传感器5进行标定，获取电压信号与力信号之间的对应关系。

步骤s2,将传感器5安装在支撑平台3的安装槽内，护板座4设置在支撑平台3与试件安装台2之间，试件安装台2上的圆柱6对准传感器。

步骤s3,将试件1设置在试件安装台2上。

步骤s4,落锤7自由落下与试件1发生作用，高速摄像机通过落锤7上喷涂的标记点进行位移测试，获得位移-时间曲线。

步骤s5,传感器5获得冲击力的电压变化曲线，通过标定系数转换为力信号曲线，获取力-时间曲线，传感器5通过信号采集器发送给显示设备。

步骤s6,根据力-时间曲线和位移-时间曲线，采用插值计算，将力-时间曲线的数据和位移-时间曲线的数据插值到同一时间轴下，根据力的图像与位移图像确定冲击起始点，获得力-位移曲线。

步骤s7,根据力-位移曲线对材料的吸能特性进行评价。

其中，高速摄像机自带处理软件，获取位移-时间曲线，显示设备可以为超动态应变采集仪。在整个试验过程中，为了实现高精度、高响应、高频率采集应变片电压信号，采用超动态应变采集仪，获取冲击力的变化曲线。

试件1通过第一固定夹9-1及第二固定夹9-2设置在试件安装台2上，试件1的底部与试件安装台2完全贴合，保证力的传递。

其中，采用的触发方式为手动同时触发，因此获取的力-时间曲线和位移-时间曲线，两组数据时间轴是同步的，由于两者频率不同因此读取的数据时间节点不一致，因此需要进行插值计算。

冲击力测试方法还包括以下步骤：

步骤s8,信号采集器向过载保护触发器发送过载信号，过载保护触发器根据过载信号向触发控制杆11-2发送动作信号。

步骤s9,触发控制杆11-2操纵开关11-3关闭，电路11-4通电，电磁部件11-5产生磁场，吸附衔铁11-6，衔铁11-6运动带动滑块11-7运动，支撑杆11-8由滑块11-7的通孔内脱离，支撑杆11-8下垂。

步骤s10,支撑垫板11-9失去支撑杆11-8的支撑，支撑垫板11-9下垂，进入护板座4槽口内，通过支撑垫板11-9支撑试件安装台2。

步骤s11,冲击力通过支撑垫板11-9传递到护板座4，而后传递到支撑平台3。

其中，信号采集器设置有阈值，当传感器5发送给信号采集器的信号大于阈值时，信号采集器向过载保护触发器发送过载信号。

过载保护触发器与信号采集器之间的信号传递通过无线传递。

冲击试验完成后，触发信号失效，触发控制杆11-2回位，开关11-3打开，电路11-4开路，无磁场产生，通过人工操作，使衔铁11-6复位，支撑垫板11-9复位，将支撑杆11-8放回到滑块的通孔内，恢复到原始位置，保护过程结束。

为了更清楚接收本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。

选取压电式测力传感器5，采用万能试验机测试系统和超动态应变采集仪对传感器进行标定，获取电压信号与力信号之间的对应关系。

将传感器5放置在传感器垫片8上，一起安装在支撑平台3的安装槽内，将护板座4安装在下支撑平台3上，起到保护传感器5的作用。传感器5的数据传输线通过护板座4开设的观察窗穿出与信号采集器连接。

根据所研究高强钢材料厚度的不同，采用冷折弯和点焊等工艺制作成不同截面要求的帽形梁试件1。

将帽形梁试件1通过第一固定夹9-1及第二固定夹9-2与连接板10固定连接，使帽形梁试件1与试件安装台2连接为一体，证帽形梁试件1的底面与试件安装台2完全贴合，不出现晃动、偏移、倾斜等。

将试件安装台2安装在支撑平台3上，通过试件安装台2下的圆柱6和支撑平台3实现对中，通过护板座4的观察孔观察二者的对中情况，保证圆柱6的底面与传感器5完全接触。

安装完毕后，采用手动同时触发。落锤7自由落下与试件1发生作用，高速摄像机通过落锤7上喷涂的标记点进行位移测试，获得位移-时间曲线。传感器5获得冲击力的电压变化曲线，通过标定系数转换为力信号曲线，获取力-时间曲线，传感器5通过信号采集器发送给显示设备。

根据力-时间曲线和位移-时间曲线，采用插值计算，将力-时间曲线的数据和位移-时间曲线的数据插值到同一时间轴下，根据力的图像与位移图像确定冲击起始点，获得力-位移曲线。

根据力-位移曲线，对材料的吸能特性进行评价。

当传感器5数据输出线上的信号采集器发出过载信号，信号采集器向过载保护触发器发送过载信号，过载保护触发器根据过载信号向触发控制杆11-2发送动作信号。触发控制杆11-2操纵开关11-3关闭，电路11-4通电，电磁部件11-5产生磁场，吸附衔铁11-6，衔铁11-6运动带动滑块11-7运动，支撑杆11-8由滑块11-7的通孔内脱离，支撑杆11-8下垂。支撑垫板11-9失去支撑杆11-8的支撑，支撑垫板11-9下垂，进入护板座4槽口内，通过支撑垫板11-9支撑试件安装台2。冲击力通过支撑垫板11-9传递到护板座4，而后传递到支撑平台3。支撑垫板11-9的传力路径取代了原来的传感器5路径，进而起到了过载保护作用。

冲击试验完成后，触发信号失效，触发控制杆11-2回位，开关11-3打开，电路11-4开路，无磁场产生，通过人工操作，使衔铁11-6复位，支撑垫板11-9复位，将支撑杆11-8放回到滑块的通孔内，恢复到原始位置，保护过程结束。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。