本发明专利技术公开一种软体材料体积模量的测量装置及方法，测量装置由水平限位金属圆筒、垂直限位底座、冲头和密封圈构成；位于上侧的水平限位金属圆筒下方设置有六个螺纹孔；金属圆筒与位于下侧设置了对应数量沉孔的垂直限位底座通过螺钉相连接；两者连接处设有环形浅凹槽，密封圈嵌入凹槽内；被测量试样设置在空腔处，通过下方底座垂直限位；冲头设置在试样正上方，与试样平滑接触；本发明专利技术测量装置结构简单，制作成本低，测量方法简单可靠、精准有效且可以测量多种固体材料的体积模量。相比现有测量装置与方法，本发明专利技术扩展了测量种类，提高了测量效率与测试精度，降低了测量成本。降低了测量成本。降低了测量成本。
【技术实现步骤摘要】
一种软体材料体积模量的测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及固体材料体积模量测试领域，尤其涉及一种简单便捷的软体材料体积模量测量装置与方法。
技术介绍
[0002]软体材料由于其较大的柔性、延伸性、可塑性与良好的密封性，近几年在水下机器人领域应用广泛。尤其是软体材料中的硅橡胶材料，其物质构造与成型方式使其可以与耐压空心玻璃微珠相互混合形成具有特定密度和不同体积模量的复合型软体材料，进而应用于水下机器人，可起到降噪以及浮力补偿的作用。同时，软体材料应用于水下机器人，还可增加机器人的柔性，进而提升其防撞等安全性能及环境适应性。
[0003]现有的软体材料体积模量测量装置复杂，制作价格昂贵，现有的测量方式一般采用液体传导压力的间接测量方式，其测量精度由压力传感器与流量计的精度决定，不仅精准度不高且适用的测量材料种类较少，所以亟需专利技术一种经济简单，测量精度高且可用于广泛测量各种软体材料的装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了克服现有软体材料体积模量测量方式中测量装置复杂、测量效率低等不足，提供一种结构简单小巧，测量精度高，适用材料范围广的软体材料体积模量的测量装置与方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种软体材料体积模量的测量装置，包括水平限位金属圆筒、垂直限位底座、冲头和密封圈；水平限位金属圆筒与垂直限位底座通过内六角圆柱头螺钉连接；水平限位金属圆筒中部设置有用于放置试样材料的空腔，试样材料下方与垂直限位底座平滑接触；所述冲头位于试样材料正上方，与试样材料平滑接触；密封圈嵌入水平限位金属圆筒与垂直限位底座之间的凹槽内；所述水平限位金属圆筒、垂直限位底座外形均为圆柱形；冲头为阶梯圆柱形结构，由上部的粗轴和下部的细轴相互连接组成。
[0007]进一步的，所述的水平限位金属圆筒材料为45钢，其外径与内径之间的比值大于等于6，水平限位金属圆筒的下端面与空腔之间垂直度公差小于0.025mm，以防止在压缩过程中水平限位金属圆筒的内壁产生变形。
[0008]进一步的，所述水平限位金属圆筒的空腔与冲头的细轴之间采用间隙配合，空腔内壁表面粗糙度小于等于Ra0.8。
[0009]进一步的，所述垂直限位底座的底部设有沉孔，所述沉孔高度大于等于内六角圆柱头螺钉的头高，直径大于等于内六角圆柱头螺钉头颈；垂直限位底座的上端面和下端面的平行度公差小于0.05mm，确保压缩过程中试样材料受力均匀。
[0010]进一步的，所述冲头上端面与细轴圆柱面垂直度公差低于0.025mm，冲头上端面与冲头下端面平行度公差低于0.05mm，冲头细轴圆柱面表面粗糙度小于等于Ra0.8；冲头的细
轴与粗轴高度比为2.67，直径比为0.42，既保证在试验过程加载时不易偏载，也留出了与空腔配合的导向距离。
[0011]进一步的，所述的密封圈外径为15mm形。
[0012]本专利技术还提供一种硅橡胶等软体材料体积模量的测量方法，将试样材料放置在水平限位金属圆筒的空腔内，分别通过水平限位金属圆筒与垂直限位底座限制试样材料的水平环向位移与垂直轴向位移，保证压缩时位移变化率即为体积变化率。具体步骤如下：
[0013](a)首先在金属圆筒空腔内壁面均匀涂满润滑油，随后将标准试样材料放置于金属圆筒中间空腔内，并从上方将试样材料推至底面与水平限位金属圆筒底面基本平齐，以将空腔空气排出；
[0014](b)在垂直限位底座凹槽内嵌入已清洁好的O型密封圈，随后将垂直限位底座与水平限位金属圆筒对齐，密封圈嵌入水平限位金属圆筒凹槽内；将内六角螺钉分别拧进螺纹孔内，固定垂直限位底座与水平限位金属圆筒；
[0015](c)将固定好的测量装置放置在电子万能试验机承载台中央，并将冲头细轴插入空腔，与试样材料平滑接触；
[0016](d)打开电子万能试验机，设置程序，控制电子万能试验机压头落下速度为0.5mm/min；
[0017](e)调整初始高度使电子万能试验机压头表面紧贴冲头表面但不压缩试样；随后清零试验机力与位移，启动试验机压缩试样；
[0018](f)在保证不会破坏试样材料力学性能且冲头加载方向不偏载前提下，当压缩位移为5mm附近处停止加载，记录并保存加载过程中加载力F与加载位移Δl数据后，手动操控抬起试验机压头，取出测量装置，取出试样材料；
[0019](g)将另一个同样参数规格的试样材料重复步骤(a)至(f)；
[0020](h)推导出试样材料的体积模量K
试
；推导计算过程如下：
[0021]压缩过程中试样体积变化量：
[0022]ΔV＝Δl
×
A
[0023]试样材料受到的压力：
[0024][0025]试样材料的体积模量：
[0026][0027]其中，A为试样材料截面面积，l为试样材料未加载时原长度；重复步骤(g)得到若干个同样规格参数试样材料的K
试
后，平均化后得到平均值即为所测试样材料的体积模量。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0029]1.本专利技术测量装置结构简单，主体部分均为形状规则简单的圆柱件，易于加工，制作成本低，制作周期短。测量装置可拆分，体积小便于携带。
[0030]2.本专利技术测量装置与方法适用面广，对测量试样要求低，可以广泛应用于各类不
同软体材料的体积模量测量。针对类似硅橡胶这类可以通过注塑成型由液态组份变为固态的软体材料，可直接在测量装置空腔内成型以保证更高的精度。本专利技术测量方法基于基础的力学公式，测量原理简单，便于推广应用。
[0031]3.本专利技术测量装置的测量精度高，与电子万能试验机结合应用，现有试验机的高精度应变仪与本专利技术中测量装置为保证精度的结构设计决定了最后测得体积模量的高精度。直接对试样材料进行接触压缩的测量方法相比现有一般通过液体介质间接压缩的测量方法，可以在测量过程中通过与电子万能试验机连接的电脑观察测量实况，可以更加直观明显的得到试样材料的体积变化情况。
[0032]4.本专利技术测量装置测量效率高，通过内六角圆柱头螺钉相连接的上下部分拆卸简易快捷，测量时间取决于电子万能试验机压缩速度，数分钟内可完成对单个试样的测量。
[0033]5.本专利技术测量装置可靠性强，通过对测量装置水平限位金属圆筒、垂直限位底座、冲头三者的尺寸设计、结构精度与装配精度的严格要求保证试验过程试样材料受力均匀、压头不偏载，降低摩擦力对结果的影响，提高测量结果的准确度，通过合适尺寸的O型密封圈与凹槽的过盈配合既保证了底部试样不会因为受压过大而挤出空腔，也不会因为凹槽的存在降低金属圆筒的受压强度，通过对金属圆筒外径与空腔直径之比的要求保证试验过程中孔壁不会因受压过大而产生明显影响测量结果的误差，保证了测量装置的强度。
附图说明
[0034]图1为本专利技术硅橡胶等软体材料体积模量的测量装置外观示意图；
[0035]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，包括水平限位金属圆筒、垂直限位底座、冲头和密封圈；水平限位金属圆筒与垂直限位底座通过内六角圆柱头螺钉连接；水平限位金属圆筒中部设置有用于放置试样材料的空腔，试样材料下方与垂直限位底座平滑接触；所述冲头位于试样材料正上方，与试样材料平滑接触；密封圈嵌入水平限位金属圆筒与垂直限位底座之间的凹槽内；所述水平限位金属圆筒、垂直限位底座外形均为圆柱形；冲头为阶梯圆柱形结构，由上部的粗轴和下部的细轴相互连接组成。2.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述的水平限位金属圆筒材料为45钢，其外径与内径之间的比值大于等于6，水平限位金属圆筒的下端面与空腔之间垂直度公差小于0.025mm，以防止在压缩过程中水平限位金属圆筒的内壁产生变形。3.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述水平限位金属圆筒的空腔与冲头的细轴之间采用间隙配合，空腔内壁表面粗糙度小于等于Ra0.8。4.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述垂直限位底座的底部设有沉孔，所述沉孔高度大于等于内六角圆柱头螺钉的头高，直径大于等于内六角圆柱头螺钉头颈；垂直限位底座的上端面和下端面的平行度公差小于0.05mm，确保压缩过程中试样材料受力均匀。5.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述冲头上端面与细轴圆柱面垂直度公差低于0.025mm，冲头上端面与冲头下端面平行度公差低于0.05mm，冲头细轴圆柱面表面粗糙度小于等于Ra0.8；冲头的细轴与粗轴高度比为2.67，直径比为0.42，既保证在试验过程加载时不易偏载，也留出了与空腔配合的导向距离。6.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述的密封圈外径为15mm形。7.一种硅橡胶等软体材料体积模量的测量方法，基于权利要求1所述的软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，将试样材料放置在水平...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉红，李厚存，邓仕晗，王树新，王延辉，张宏伟，杨亚楠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。