材料动态测量方法和轴向振动测量系统技术方案

本申请提供一种材料动态测量方法和轴向振动测量系统，可以用于消除材料动态拉伸试验中振铃效应，利用单一模态振动传感器和测量电路，使得测量信号仅含有单一模态轴向振动信号，并通过单自由度振动系统模型推导出真实信号求解方程。此时，仅需要控制整个系统振动模态，而对振动频率本身没有太多要求，克服了传统方法由于固有频率提升有限，无法用于更高应变率试验的问题。并且，测量信号中单一的振动成分为数据，为消除振铃效应提供便利。根据求解方程，可以较为准确的恢复真实信号，不会造成明显信息丢失。

Material dynamic measurement method and axial vibration measurement system

【技术实现步骤摘要】
材料动态测量方法和轴向振动测量系统
本申请涉及应变率材料
，特别是涉及一种材料动态测量方法和轴向振动测量系统。
技术介绍
材料拉伸过程中，在中高应变率下，加载载荷会引起振动，这些振动可能是轴向振动也可能是弯曲振动。多种振动形式叠加的振动信号被传感器记录，进而在输出曲线上出现许多振荡，称之为振铃效应。在此过程中，一般认为传感器在试验中的全结构变形为弹性，并使应变片产生弹性变形，进而产生线性的电阻变化与试件载荷关系，通过合适的电桥设计可以得到线性的输出电信号与截面力关系，而振铃效应会破坏这种线性关系。然而，传统的材料动态测量方法中，通常提高系统固有频率或增加系统的阻尼比抑制振铃效应，将振铃效应对测量信号的影响限制在可接受的范围内。但是由于实际测量系统与简化模型之间存在一定差距，传统的材料动态测量方法只能给出大致优化指导，对固有频率的提升是有限的，无法适用于较高应变率工况测量工作，从而使得传统的材料动态测量方法泛用性差。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的材料动态测量方法泛用性差的问题，提供一种材料动态测量方法和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料动态测量方法，其特征在于，包括：/nS110，提供轴向振动测量系统(600)，所述轴向振动测量系统(600)包括传感器(10)，所述传感器(10)包括待测件固定部(100)、夹持部(200)、应变片固定位(300)以及多个应变片(610)，所述待测件固定部(100)具有中心对称轴(130)，所述夹持部(200)垂直固定于所述待测件固定部(100)一表面的中心，所述夹持部(200)的轴线通过所述中心对称轴(130)，所述应变片固定位(300)位于所述夹持部(200)靠近所述待测件固定部(100)的一端，所述待测件固定部(100)用以固定待测件(500)，所述多个应变片(610)中每两...

【技术特征摘要】
1.一种材料动态测量方法，其特征在于，包括：
S110，提供轴向振动测量系统(600)，所述轴向振动测量系统(600)包括传感器(10)，所述传感器(10)包括待测件固定部(100)、夹持部(200)、应变片固定位(300)以及多个应变片(610)，所述待测件固定部(100)具有中心对称轴(130)，所述夹持部(200)垂直固定于所述待测件固定部(100)一表面的中心，所述夹持部(200)的轴线通过所述中心对称轴(130)，所述应变片固定位(300)位于所述夹持部(200)靠近所述待测件固定部(100)的一端，所述待测件固定部(100)用以固定待测件(500)，所述多个应变片(610)中每两个所述应变片(610)设置于所述应变片固定位(300)相对表面位置，并一一相对设置；
S120，将所述轴向振动测量系统(600)中所述待测件固定部(100)等效为质量块(710)，将所述夹持部(200)等效为阻尼(720)和弹簧(730)，所述质量块(710)、所述阻尼(720)和所述弹簧(730)形成单自由度振动模型(700)；
S130，对所述待测件(500)进行沿所述中心对称轴(130)方向的拉伸，根据牛顿第二定律获得所述单自由度振动模型(700)的受迫振动微分方程mx″(t)+cx′(t)+kx(t)＝F(t)，其中x(t)为所述轴向振动测量系统等效位移，F(t)为所述传感器(10)受到的轴向拉力，m为所述轴向振动测量系统(600)等效质量、c为所述轴向振动测量系统(600)的等效阻尼、k为所述轴向振动测量系统(600)等效弹性系数；
S140，将测量信号与所述轴向振动测量系统等效位移的线性关系式x(t)＝pV(t)代入所述受迫振动微分方程中，并根据阻尼比和固有频率，获得解析方程



其中，p为常数，ω0为所述单自由度振动模型(700)的无阻尼固有振动角频率，ξ为所述单自由度振动模型(700)的阻尼比，V(t)为所述测量信号，Vr(t)为真实信号；
S150，当所述待测件(500)断裂后，根据所述解析方程，获得尾波自由振动微分方程对所述尾波自由振动微分方程求解并增加零飘项B，获得尾波信号



其中，尾波振幅A、所述零飘项B、所述阻尼比ξ、所述无阻尼固有振动角频率ω0、进入尾波时间t0均为常数。


2.如权利要求1所述的材料动态测量方法，其特征在于，还包括：
S160，预设所述尾波信号中A、B、ξ、ω0、t0参数中任意三个参数，对剩余两个参数进行优化，直至A、B、ξ、ω0、t0参数中所有参数至少优化一次，获得优化后的参数A优、B优、ξ优、ω0优、t0优；
S170，根据优化后获得的参数ξ优与ω0优，并带入所述尾波自由振动微分方程获得所述测量信号V(t)。


3.如权利要求2所述的材料动态测量方法，其特征在于，还包括：
S180，根据所述测量信号V(t)、所述无阻尼固有振动角频率ω0优以及所述阻尼比ξ优，带入所述解析方程求解，获得所述真实信号Vr(t)。


4.如权利要求3所述的材料动态测量方法，其特征在于，在所述S180中，通过中心差分法，对所述解析方程进行求解，获得所述真实信号Vr(t)。


5.如权利要求3所述的材料动态测量方法，其特征在于，在所述S180中，通过傅里叶展开法或Tikhonov法，对所述解析方程进行求解，获得所述真实信号Vr(t)。


6.一种材料动态测量方法，其特征在于，包括：
S210，提供轴向振动测量系统(600)，所述轴向振动测量系统(600)具有轴向振动，所述轴向振动测量系统(600)包括传感器(10)，所述传感器(10)包括待测件固定部(100)、夹持部(200)、应变片固定位(300)以及多个应变片(610)，所述待测件固定部(100)具有中心对称轴(130)，所述夹持部(200)垂直固定于所述待测件固定部(100)一表面的中心，所述夹持部(200)的轴线通过所述中心对称轴(130)，所述应变片固定位(300)位于所述夹持部(200)靠近所述待测件固定部(100)的一端，所述待测件固定部(100)用以固定待测件(500)，所述多个应变片(610)中每两个所述应变片(610)设置于所述应变片固定位(300)相对表面位置，并一一相对设置；
S220，将所述轴向振动测量系统(600)中所述待测件固定部(100)等效为质量块(710)，将所述夹持部(200)等效为阻尼(...

【专利技术属性】
技术研发人员：应鹏飞，陈文韬，葛宇龙，夏勇，周青，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11