[发明专利]双轴载荷应变测试实验教学系统及方法

说明书

本发明公开了一种双轴载荷应变测试实验教学系统及方法，其中，该系统包括：加载组件用于旋转调节水平手轮和竖直手轮以施加载荷至目标值；采集组件用于采集施加载荷前的第一图像数据和施加不同分级载荷后的第二图像数据；处理组件用于根据第一图像数据和第二图像数据计算得到测试件表面的应变场。该系统具有结构紧凑，体积小巧，加载测量自成一体等特点，可以很好的获得试件上任一点的应变、应力状态，可以很好的解决实际工程问题提供便捷高效的实验手段。

技术领域

本发明涉及先进制造技术领域，特别涉及一种双轴载荷应变测试实验教学系统及方法。

背景技术

在传统的本科材料力学实验教学中，材料力学拉伸实验主要关注于利用传统的实验手段如电测法测量单一加载方式下的材料变形，例如利用应变片测量单向拉伸、弯曲和扭转等状态下的材料受力变形，并未涉及到复杂加载方式下材料的应力状态以及变形方式。而双轴拉伸实验是获得材料的力学本构参数的最为有效的实验手段之一，已被国际著名有限元软件供应商ABAQUS公司列为标准材料参数测量实验技术。而传统的应变电测法属于一种单点测量的方法，往往难以获得复杂加载方式下的全场位移、应变和应力分布，针对电测法的这一缺陷，数字图像相关技术提供了很好的解决方案。数字图像相关技术是目前实验力学领域最为活跃的前沿技术之一，该方法基于计算机视觉原理获得试件表面的全场变形信息，具有测量速度快和精度高的优点。

据调研，没有发现国内院校研制相似的双向加载光学测量系统，更没有发现把其用在材料力学实验教学中。因此，结合当前理工科材料力学实验教学的现状，在材料力学实验教学中提出基于数字图像相关技术的双轴拉伸专题实验的教学改革，研制了具有研究性的综合测量系统，将数字图像相关技术与双轴拉伸实验相结合，引导学生实时掌握国内外先进的实验技术，使学生能学以致用是十分必要的。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种双轴载荷应变测试实验教学系统。

本发明的另一个目的在于提出一种双轴载荷应变测试实验教学方法。

为达到上述目的，本发明一方面提出了双轴载荷应变测试实验教学系统，包括：加载组件用于旋转调节水平手轮和竖直手轮以施加载荷至目标值；采集组件用于采集施加载荷前的第一图像数据和施加载荷后的分级载荷图像数据；处理组件用于根据所述第一图像数据和所述分级载荷图像数据计算得到测试件表面的应变场。

本发明实施例的双轴载荷应变测试实验教学系统，通过将传统的实验与先进的数字图像相关方法相结合，可以很好的获得试件上任一点的应变、应力状态，具有设计思想新颖，结构紧凑，体积小巧，加载测量自成一体等特点。进而使得所涉及的实验内容具有研究性和创新性，用于实验教学中能够锻炼培养学生工程思维能力和创新实践能力，学生能够体验到实际加载过程中复杂的受力状态，直观地观测到双轴拉伸的应变场变化规律，更贴合工程实际的实验可以让学生掌握课本之外的实践知识，有效地分析和解决问题，极大地提高他们的综合实践能力。

另外，根据本发明上述实施例的双轴载荷应变测试实验教学系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述加载组件包括：力传感器，用于采集施加载荷的当前值；判断模块，用于判断所述当前值是否达到所述目标值；控制器，用于在所述当前值达到所述目标值时，停止施加载荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集组件包括：至少一个摄像头；处理模块，用于根据所述至少一个摄像头采集的图像信息得到所述第一图像数据和所述分级载荷图像数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述至少一个摄像头设置于竖梁上。