薄膜冲击测试设备和测试方法技术

本申请涉及一种薄膜冲击测试设备和测试方法，属于材料测试技术领域，不同于传统鼓泡仪的准静态离面加载，通过阀门可以对压缩气体进行精确控制，通过瞬时释放不同压力条件下的压缩气体实现对薄膜进行不同加载率下的离面冲击加载，通过压力计和变形测量系统得到不同加载率条件下的材料力学参数，对薄膜材料进行动态应力测试，表征材料在动态非线性阶段的变形行为，得到准确的薄膜材料参数。

【技术实现步骤摘要】
薄膜冲击测试设备和测试方法
本申请涉及材料测试
，特别是涉及一种薄膜冲击测试设备和测试方法。
技术介绍
针对获取材料的力学性能参数，首先需要进行材料力学测试，然后通过必要的计算分析来获取所需参数。对于柔性薄膜材料力学性能参数的测定，可以采用鼓泡实验法来开展薄膜材料的力学性能测试。鼓泡法能够较准确地反映柔性膜材的实际服役工况。相关技术中，在进行鼓泡实验时，将试样安装在带孔的测试台上，在膜一侧逐渐增加均匀压力，并利用传感器(如激光位移计等)测出膜中心点的挠度，从而得到膜的挠度和鼓泡装置内腔压力的变化曲线，结合适当的理论模型可求得膜材的应力-应变曲线及残余应力等参数。尽管鼓泡法能较为真实反映柔性膜材服役过程中的受力状况，但是这种实验方法仍然存在一些明显的不足，主要包括：当前鼓泡实验法需要基于一些假设，并非薄膜试样的实际形貌；大部分鼓泡实验法针对薄膜材料准静态力学性能测试，其主要关注弹性模量以及屈服强度的测量；而实际形貌的薄膜试样会发生非线性形变，通过准静态力学性能测试难以表征材料在非线性阶段变形行为等问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的薄膜的冲击加载测试，通过准静态力学性能测试难以表征材料在非线性阶段变形行为的问题，提供一种薄膜冲击测试设备、测试方法、可读存储介质和计算机设备。第一方面，本申请提供了一种薄膜冲击测试设备，包括第一压力计、变形测量系统和依次连接的储气室、第一阀门和压力腔体；其中，第一压力计与压力腔体连接；储气室用于存储压缩气体；第一阀门用于控制储气室中的压缩气体瞬时释放流入压力腔体，对压力腔体的薄膜进行冲击加载，其中，薄膜密封设置在压力腔体的开口处；第一压力计用于检测压力腔体的气压；变形测量系统用于对薄膜进行冲击测量。在其中一个实施例中，薄膜冲击测试设备还包括气体压缩机，气体压缩机与储气室相连，气体压缩机用于设备压缩气体，并将压缩气体转入储气室。在其中一个实施例中，储气室包括气瓶、第二阀门和三通器：第二阀门连接在气体压缩机的出气口和三通器的第一接口之间，三通器的第二接口与气瓶的瓶口连接，三通器的第三接口连接第一阀门，第二阀门用于控制压缩气体转入气瓶。在其中一个实施例中，储气室还包括连接在气体压缩机和第二阀门之间的压力调节器，以及与第一接口连接的第二压力计；压力调节器用于调节压缩气体的气体流量；第二压力计用于检测气瓶的气压。在其中一个实施例中，储气室还包括连接在第三接口和第一阀门之间的调节减压器；调节减压器用于排出气瓶的气体，为气瓶减压。在其中一个实施例中，设备还包括控制终端，控制终端分别与第一阀门、第二阀门、第一压力计、第二压力计连接；控制终端用于控制第一阀门和第二阀门的开启和关闭，以及获取第一压力计、第二压力计的压力值。在其中一个实施例中，控制终端还与变形测量系统连接，用于控制变形测量系统对薄膜进行冲击测量。在其中一个实施例中，控制终端还用于采用虚场法根据变形测量结果和压力腔体的气压获取薄膜的本构参数。第二方面，本申请提供了一种薄膜冲击测试方法，包括以下步骤：在储气室中存储压缩气体；将薄膜密封设置在压力腔体的开口处；将储气室中的压缩气体瞬时释放流入压力腔体，对薄膜进行冲击加载；获取冲击加载过程中的压力腔体的气压，通过变形测量系统获取薄膜的变形测量结果；根据压力腔体的气压和薄膜的变形测量结果确定薄膜的本构参数。在其中一个实施例中，在储气室中存储压缩气体的步骤包括以下步骤：通过气体压缩机制备压缩气体，并将压缩气体转入储气室，使储气室的气压达到预设数值。在其中一个实施例中，储气室包括气瓶、第二阀门和三通器：第二阀门连接在气体压缩机的出气口和三通器的第一接口之间，三通器的第二接口与气瓶的瓶口连接，三通器的第三接口连接第一阀门；将压缩气体转入储气室的步骤包括以下步骤：关闭第一阀门，开启第二阀门，通过第二阀门和三通器将压缩气体转入气瓶；在气压达到预设数值时，关闭第二阀门；将储气室中的压缩气体瞬时释放流入压力腔体的步骤包括以下步骤：开启第一阀门，通过三通器和第一阀门将压缩气体瞬时释放流入压力腔体。在其中一个实施例中，储气室还包括连接在气体压缩机和第二阀门之间的压力调节器，以及与第一接口连接的第二压力计；方法还包括以下步骤：通过压力调节器调节压缩气体的气体流量；通过第二压力计用于检测气瓶的气压。在其中一个实施例中，储气室还包括连接在第三接口和第一阀门之间的调节减压器，方法还包括以下步骤：在气压超过预设数值时，通过调节减压器排出气瓶的气体，以使气压低于预设数值，并执行将压缩气体转入储气室的步骤，直至气压达到预设数值。在其中一个实施例中，根据压力腔体的气压和薄膜的变形测量结果确定薄膜的本构参数的步骤包括以下步骤：采用虚场法根据变形测量结果和压力腔体的气压获取薄膜的本构参数。在其中一个实施例中，采用虚场法根据变形测量结果和压力腔体的气压获取薄膜的本构参数的步骤包括以下步骤：根据变形测量结果获取动态应变场和加速度场；获取薄膜的虚位移场，根据虚位移场、动态应变场和加速度场获取加速度虚功；获取先验的本构模型及初始参数，将动态应变场、加速度场和压力腔体的气压代入本构模型，获取相应的应力场，根据应力场获取内力虚功；根据加速度虚功和内力虚功的残差平方构建目标函数，对目标函数进行优化并更新初始参数，在目标函数最小时，将更新后的参数作为薄膜的本构参数。第三方面，本申请提供了一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，其特征在于，可执行程序被处理器执行时实现上述任一薄膜冲击测试方法的步骤。第四方面，本申请提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有可执行程序，其特征在于，处理器执行可执行程序时实现上述任一涉密数据传输方法的步骤。相比于相关技术，本申请提供的薄膜冲击测试设备、方法、可读存储介质和计算机设备，不同于传统鼓泡仪的准静态离面加载，通过阀门可以对压缩气体进行精确控制，通过瞬时释放不同压力条件下的压缩气体实现对薄膜进行不同加载率下的离面冲击加载，通过压力计和变形测量系统得到不同加载率条件下的材料力学参数，对薄膜材料进行动态应力测试，表征材料在动态非线性阶段的变形行为，得到准确的薄膜材料参数。本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为一个实施例中的薄膜冲击测试设备的结构示意图；图2为一个实施例中的薄膜冲击测试设备(包括气体压缩机)的结构示意图；图3为另一个实施例中的薄膜冲击测试设备的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述设备包括第一压力计、变形测量系统和依次连接的储气室、第一阀门和压力腔体；其中，所述第一压力计与所述压力腔体连接；/n所述储气室用于存储压缩气体；/n所述第一阀门用于控制所述储气室中的压缩气体瞬时释放流入所述压力腔体，对所述压力腔体的薄膜进行冲击加载，其中，所述薄膜密封设置在所述压力腔体的开口处；/n所述第一压力计用于检测所述压力腔体的气压；/n所述变形测量系统用于对所述薄膜进行冲击测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述设备包括第一压力计、变形测量系统和依次连接的储气室、第一阀门和压力腔体；其中，所述第一压力计与所述压力腔体连接；
所述储气室用于存储压缩气体；
所述第一阀门用于控制所述储气室中的压缩气体瞬时释放流入所述压力腔体，对所述压力腔体的薄膜进行冲击加载，其中，所述薄膜密封设置在所述压力腔体的开口处；
所述第一压力计用于检测所述压力腔体的气压；
所述变形测量系统用于对所述薄膜进行冲击测量。


2.根据权利要求1所述的薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述设备还包括气体压缩机，所述气体压缩机与所述储气室相连，所述气体压缩机用于制备压缩气体，并将所述压缩气体转入所述储气室。


3.根据权利要求2所述的薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述储气室包括气瓶、第二阀门和三通器：
所述第二阀门连接在所述气体压缩机的出气口和所述三通器的第一接口之间，所述三通器的第二接口与所述气瓶的瓶口连接，所述三通器的第三接口连接所述第一阀门；
所述第二阀门用于控制所述压缩气体转入所述气瓶。


4.根据权利要求3所述的薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述储气室还包括连接在所述气体压缩机和所述第二阀门之间的压力调节器，以及与所述第一接口连接的第二压力计；
所述压力调节器用于调节所述压缩气体的气体流量；
所述第二压力计用于检测所述气瓶的气压。


5.根据权利要求3所述的薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述储气室还包括连接在所述第三接口和所述第一阀门之间的调节减压器；
所述调节减压器用于排出所述气瓶的气体，为所述气瓶减压。


6.根据权利要求4所述的薄膜冲击测试设备，其特征在于，所述设备还包括控制终端，所述控制终端分别与所述第一阀门、所述第二阀门、所述第一压力计、所述第二压力计连接；
所述控制终端用于控制所述第一阀门和所述第二阀门的开启和关闭，以及获取所述第一压力计、所述第二压力计的压力值。


7.根据权利要求6所述的薄膜冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海斌，何志峰，马少鹏，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33