[发明专利]基于线阵相机的高速应变测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速应变测试装置及方法，尤其是一种基于线阵相机的高速应变 测试装置及方法，属于材料力学行为测试领域。

背景技术

在材料力学性能表征中，拉伸测试因其可以得到拉伸强度、伸长率、弹性模量、 泊松比等指标而成为表征材料性能最重要的手段之一。通常我们可以达到的拉伸测试 速率为1-2000mm/min，对比于我们日常生活中接触的运动而言，速率是相当慢的，可 以看做是应变速率很低的准静态的运动过程。然而材料在不同应变速率下的力学行为 是不同的。也就是说，通常条件下测试所得的材料的性能不同于高应变速率下材料的 性能。然而现如今，对于材料低应变速率下的力学行为已有一定的研究。对于高应变 速率下的力学行为的研究却少之又少。然而材料在高应变速率下的力学性能又是十分 重要的。在诸多应用中需要预测材料制品在高速状态下的性能，如汽车碰撞、子弹冲 击、电子电器产品的跌落等。在制品的设计、选材等阶段，通常应用软件来模拟产品 实际使用情况下的性能，如应用于汽车碰撞模拟分析的CAE技术。通常软件模拟需要 输入大量的数据参数，如弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率、应力-应变曲线等。其经 常应用的应力-应变曲线需要横跨多个数量级，从0.001/s-1000/s不等，基本涵盖日常所 遇到的问题。

高应变速率下的应力-时间曲线可以由高速拉伸试验机测得。高速拉伸试验机采用 液压驱动的方式可以实现高应变速率的拉伸测试，能够给出准确的应力-时间曲线，但 无法准确的给出样品在任意段长度内的应变。通常测试应变的方法为采用引伸计测试。 引伸计是材料试验机的重要部件，用来测量被测试样在拉伸、压缩、震动状态以及断 裂过程中的微小形变量。引伸计需具有高精度、高灵敏度、高可靠性。目前引伸计主 要有两种类型：接触式引伸计以及非接触式引伸计。接触式引伸计大都与试样相接触， 当测试速度较高时，接触式引伸计无法准确给出材料的应变。因此，高速测试时，大 都采用非接触式引伸计。而对于非接触式引伸计如发明专利《201010522618.6一种虚 拟光学引申计及其测量方法》、发明专利申请《200410062273.5非接触式光学数字引申 计》，这些引伸计对于低速下应变测试将会取得很好的结果，但是对于应变率较高(如 1/s-1000/s)的测试，结果却不是很理想。为了达到高速下测试应变的需求，近年来常 采用两种方法：LVDT引伸计测试法与高速摄像机测试法。LVDT引伸计内置于液压式 高速拉伸试验机的内部，只能测试夹具间的长度方向的应变，无法测量样品任意一段 长度内的应变；高速摄像机可以测试样品全场的应变，但其文件所占空间大，而且高 速摄像机价格昂贵，通常不作为测试首选。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术高应变速率下的应变测试缺陷，提供一种 结构简单、操作方便的基于线阵相机的高速应变测试装置。

本发明的另一目的在于提供一种上述基于线阵相机的高速应变测试装置的高速应 变测试方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于线阵相机的高速应变测试装置，包括高速拉伸试验机、光源、线阵相机以及 计算机，所述高速拉伸试验机用于装入待测样品，并使待测样品在高速下产生拉伸变 形；所述待测样品位于高速拉伸试验机的上部、中部或下部，所述光源设置在可照射 到待测样品的位置上，所述线阵相机的镜头朝向待测样品；所述高速拉伸试验机和线 阵相机分别通过信号线与计算机连接。

优选的，所述装置还包括光源支撑架，所述光源固定在光源支撑架上。

优选的，所述装置还包括相机支撑架，所述线阵相机固定在相机支撑架上。

优选的，所述高速拉伸试验机的速度控制范围为1mm/min～20m/s，机器载荷为 1～160kN，数据采集频率为0.0001～20MHz，刚度为10～50KN/um，最大精度≤0.01N， 固有频率为10～50kHz。

优选的，所述待测样品为塑料、钢材、复合材料或纺织品，其厚度≤1.5cm。

优选的，所述线阵相机的最高采集频率≥70KHz。

优选的，所述光源为光纤冷光源。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于权利要求1所述装置的高速应变测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)选取目标测试样品，将待测样品进行标记制样，制样后置于阴凉干燥处晾干；