一种基于图像测量的薄膜材料泊松比测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了薄膜材料泊松比的几何测量技术领域的一种基于图像测量的薄膜材料应变及泊松比测试装置，该装置包括轴向加载系统、图像测量系统、试样夹持系统，本发明专利技术采用非接触式数字图像测量技术，针对薄膜厚度、硬度较小的情况，夹具采用先固定后夹紧的技术措施，保持薄膜材料表面的自然平展状态，夹具在试样拉伸过程中提供恒定的夹持力，减少了试样与夹具接触部分的摩擦,采用数字图像测量技术，确定拉伸过程中薄壁材料任意时刻的应变及泊松比，为分析薄膜材料拉伸过程中的力学性质提供技术支持。技术支持。技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像测量的薄膜材料泊松比测试装置及测试方法


[0001]本专利技术涉及薄膜材料泊松比的几何测量
，具体为一种薄膜材料泊松比的非接触几何测量法。

技术介绍

[0002]薄膜材料广泛应用于机械设计、航空航天、装备制造、医疗仪器等众多领域，例如，乙烯
‑
四氟乙烯共聚物薄膜以其良好的透光性和延伸性成为一种应用广泛的透明建筑材料，薄膜材料的力学表征对其结构的可靠性和安全性评估起到至关重要的作用。随着电子及生物材料的发展，作为结构件的薄膜会受到相当大的拉伸或弯曲应力，材料的变形及泊松比变化会对整个构件的力学性能起到决定性的作用。
[0003]传统测试材料应变及泊松比的方法为接触式引伸计法，确定材料的泊松比主要通过在轴向和径向上布置引伸计，通过引伸计测试的应变结果得到材料的泊松比。对于薄膜材料而言，薄膜的厚度在几十微米到几百微米之间，材料的硬度较小，接触式引伸计的方法不适用。本专利技术针对以上不足，采用数字图形测量技术对薄膜材料的应变及泊松比进行测试。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在无法对薄膜材料应变及泊松比进行实时测量的问题，本专利技术提供了一种基于数字图像测量技术的薄膜材料应变及泊松比的测试装置及测试方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于图像测量的薄膜材料应变及泊松比测试装置，该装置包括轴向加载系统、图像测量系统、试样夹持系统；
[0006]所述轴向加载系统主要由横梁、机架、力传感器以及控制台、连接座、连接杆构成；
[0007]所述机架和连接座均安装在控制台的上方，机架上横向安装横梁，所述力传感器安装在横梁上；
[0008]所述轴向加载系统通过驱动部件带动横梁运动，对试样提供载荷力；
[0009]所述图像测量系统主要由相机、导轨、导轨平台构成，相机通过导轨控制与试样的距离；
[0010]所述试样夹持系统主要由夹板和U型卡座构成，所述夹板安装在U型卡座内部，通过所述夹板实现对试样进行夹持；
[0011]所述U型卡座设置有一对，其中一个通过连接杆连接力传感器，另外一个通过连接座连接控制台。
[0012]在进一步的的方案中，所述夹板由内夹头和外廓部组成，所述内夹头设置在外廓部内侧，通过气压缸连接连通管，连通管与内夹头相连，在左右的内夹头对称固定的情况下，内夹头对试样端部施加恒定的夹持力，既保证薄膜材料的表面平整又维持拉伸过程中夹持力的稳定。
[0013]在进一步的的方案中，所述夹板通过螺栓固定安装在U型卡座上，通过螺栓固定内
夹头的夹头面，使薄膜试样表面保持自然平整状态。
[0014]在进一步的的方案中，内置于机架中的伺服电机驱动滚珠丝杠带动横梁的做上下的直线运动。
[0015]一种基于图像测量的薄膜材料变形及泊松比测试的方法，包括以下步骤：
[0016]1)将薄膜材料安装于内夹头之间，通过对称螺栓固定内夹头的相对位置，使两个内夹头对正且薄膜下部处于自然平展状态；
[0017]2)启动气压缸，使内夹头内壁夹紧薄壁材料，并维持内夹头端部的恒定压力；
[0018]3)启动图像测量系统，确定薄壁材料标记点的初始坐标位置，启动伺服电机，维持恒定的速率对薄壁材料进行拉伸，记录拉伸过程中标记点的位置的相对变化，试样表面印制有m
×
n行方格，第1行第1列方格角点坐标为(x
11
,y
11
)、(x
12
,y
12
)、(x
21
,y
21
)、(x
22
,y
22
)，则第m行n列的坐标为(x
(2m
‑
1)(2n
‑
1)
,y
(2m
‑
1)(2n
‑
1)
)、(x(
2m
‑
1)2n
‑1,y(
2m
‑
1)(2n)
)、(x
(2m)(2n
‑
1)
,y
(2m)(2n
‑
1)
)、(x
(2m)(2n)
,y
(2m)(2n)
)，采用竖向边缘标记点位移变化确定试样的竖向应变，初始时刻第i列方格左侧竖向边缘角点的距离为：
[0019]l
i(0)
＝y
(2m)(2i
‑
1)(0)
‑
y
1(2i
‑
1)(0)
[0020]式中，l
i(0)
为初始时刻第i列方格左侧竖向边缘角点距离，y
1(2i
‑
1)(0)
、y
(2m)(2i
‑
1)(0)
分别为初始时刻第i列第1行方格左上侧纵坐标和第i列第m行左下侧纵坐标；
[0021]t时刻第i列方格左侧竖向边缘角点的距离为：
[0022]l
i(t)
＝y
(2m)(2i
‑
1)(t)
‑
y
1(2i
‑
1)(t)
[0023]式中，l
i(t)
为t时刻第i列方格左侧竖向边缘角点距离，y
1(2i
‑
1)(t)
、y
(2m)(2i
‑
1)(t)
分别为t时刻第i列第1行方格左上侧角点纵坐标和第i列第m行左下侧角点纵坐标；
[0024]同理，初始时刻与t时刻第i列方格右侧竖向边缘角点的距离为：
[0025]r
i(0)
＝y
(2m)(2i)(0)
‑
y
1(2i)(0)
[0026]r
i(t)
＝y
(2m)(2i)(t)
‑
y
1(2i)(t)
[0027]式中，r
i(0)
、r
i(t)
分别为初始时刻和t时刻第i列方格右侧竖向边缘角点距离，y
1(2i)(0)
、y
(2m)(2i)(0)
分别为初始时刻第i列第1行方格右上侧纵坐标和第i列第m行右下侧纵坐标；y
1(2i)(t)
、y
(2m)(2i)(t)
分别为t时刻第i列第1行方格右上侧纵坐标和第i列第m行右下侧纵坐标；
[0028]则t时刻试样的竖向应变ε
v
的表达式为：
[0029][0030]式中，ε
v(t)
为t时刻试样的竖向应变；
[0031]初始时刻、t时刻第j行方格上侧横向边缘角点的距离为：
[0032]d
j(0)
＝x
(2j<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像测量的薄膜材料应变及泊松比测试装置，其特征在于：该装置包括轴向加载系统、图像测量系统、试样夹持系统；所述轴向加载系统主要由横梁(11)、机架(12)、力传感器(13)以及控制台(14)、连接座(15)、连接杆(16)构成；所述机架(12)和连接座(15)均安装在控制台(14)的上方，机架(12)上横向安装横梁(11)，所述力传感器(13)安装在横梁(11)上；所述轴向加载系统通过驱动部件带动横梁(11)运动，对试样提供载荷力；所述图像测量系统主要由相机(21)、导轨(22)、导轨平台(23)构成，相机通过导轨(22)控制与试样的距离；所述试样夹持系统主要由夹板(31)和U型卡座(32)构成，所述夹板(31)安装在U型卡座(32)内部，通过所述夹板(31)实现对试样进行夹持；所述U型卡座(32)设置有一对，其中一个通过连接杆(16)连接力传感器(13)，另外一个通过连接座(15)连接控制台(14)。2.如权利要求书1所述的一种基于图像测量的薄膜材料应变及泊松比测试装置，其特征在于，所述夹板(31)由内夹头(311)和外廓部(312)组成，所述内夹头(311)设置在外廓部(312)内侧，通过气压缸(34)连接连通管(35)，连通管(35)与内夹头(311)相连，在左右的内夹头(311)对称固定的情况下，内夹头(311)对试样端部施加恒定的夹持力，既保证薄膜材料的表面平整又维持拉伸过程中夹持力的稳定。3.如权利要求书2所述的一种基于图像测量的薄膜材料应变及泊松比测试装置，其特征在于，所述夹板(31)通过螺栓(33)固定安装在U型卡座(32)上，通过螺栓(33)固定内夹头(311)的夹头面，使薄膜试样表面保持自然平整状态。4.如权利要求书1所述的一种基于图像测量的薄膜材料应变及泊松比测试装置，其特征在于，内置于机架(12)中的伺服电机驱动滚珠丝杠带动横梁(11)的做上下的直线运动。5.一种基于图像测量的薄膜材料变形及泊松比测试的方法，包括以下步骤：1)将薄膜材料安装于内夹头(311)之间，通过对称螺栓(33)固定内夹头(311)的相对位置，使两个内夹头(311)对正且薄膜下部处于自然平展状态；2)启动气压缸(34)，使内夹头(311)内壁夹紧薄壁材料，并维持内夹头(311)端部的恒定压力；3)启动图像测量系统，确定薄壁材料标记点的初始坐标位置，启动伺服电机，维持恒定的速率对薄壁材料进行拉伸，记录拉伸过程中标记点的位置的相对变化，试样表面印制有m
×
n行方格，第1行第1列方格角点坐标为(x
11
,y
11
)、(x
12
,y
12
)、(x
21
,y
21
)、(x
22
,y
22
)，则第m行n列的坐标为(x
(2m
‑
1)(2n
‑
1)
,y
(2m
‑
1)(2n
‑
1)
)、(x(
2m
‑
1)2n
‑1,y(
2m
‑
1)(2n)
)、(x
(2m)(2n
‑
1)
,y
(2m)(2n
‑
1)
)、(x
(2m)(2n)
,y
(2m)(2n)
)，采用竖向边缘标记点位移变化确定试样的竖向应变，初始时刻第i列方格左侧竖向边缘角点的距离为：l
i(0)
＝y
(2m)(2i
‑
1)(0)
‑
y
1(2i
‑
1)(0)
式中，l
i(0)
为初始时刻第i列方格左侧竖向边缘角点距离，y
1(2i
‑
1)(0)
、y
(2m)(2i
‑
1)(0)
分别为初始时刻第i列第1行方格左上侧纵坐标和第i列第m行...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵龙潭，郭晓霞，侯英剑，
申请(专利权)人：苏州汇才土水工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：