[发明专利]一种测试材料冲击应力波的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试材料冲击应力波的方法及装置，属于材料分析技术领域。

背景技术

应力波无损检测技术在工程中应用广泛，具有很好的应用前景。现有的应力波测试方法是采用应力波测试仪进行测试，而现有的应力波测试仪是通过测定传感器间应力波传递时间，计算应力波传递速度进而判断材料破损位置和程度。目前传统的测试仪仅针对材料应力波中横波和瑞利表面波两种传播形式，即：应力波平面传递进行测定，不能准确反映材料的能量吸收情况——纵波传播。而对材料的耐冲击性能进行评价时需要同时关注材料的能量扩散传递和能量吸收两项指标，因此，为了更准确地对材料的耐冲击性能进行评定，就需要在应力波测试过程中能同时测定出材料的应力波平面传递和吸收能量情况，而现有的测试方法和测试仪无法同时测定，因此也就对材料的耐冲击性能不能进行准确的评定。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种可以同时获知待测试材料在低速冲击载荷下的应力波平面传递和吸收能量情况的测试材料冲击应力波的方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测试材料冲击应力波的方法，是通过装有加速度传感器的冲击落锤对待测试材料进行正面冲击，在待测试材料正面和背面形成应力波，使背面的应力波信号被设于待测试材料背面的压力传感器采集，正面的应力波信号被加速度传感器以及设于待测试材料正面的阵列传感器采集，并使采集到的信号输送到信号采集分析组件中进行分析处理，从而获得待测试材料的冲击应力波传播参量。

作为一种实施方案，所述方法包括以下步骤：

a)将装有加速度传感器的冲击落锤设于待测试材料的上方，将压力传感器设于待测试材料的背面，将阵列传感器设于待测试材料的正面，然后将加速度传感器、压力传感器和阵列传感器均连接于信号采集分析组件；

b)使装有加速度传感器的冲击落锤冲击待测试材料正面，形成冲击应力波，加速度传感器采集冲击落锤作用于待测试材料正面冲击点处的冲击加速度信号，阵列传感器和压力传感器分别采集在冲击载荷下待测试材料的正面距冲击点不同距离处接收的信号和垂直于冲击点处背面接收的信号；并使加速度传感器、压力传感器和阵列传感器将采集到的信号传输给信号采集分析组件；

c)信号采集分析组件对信号进行处理分析后，输出待测试材料的冲击应力波传播参量。

本发明在测试材料冲击应力波的过程中，其待测试材料的能量吸收的计算流程如下：

忽略空气阻力、冲击落锤碰撞与摩擦等因素，根据自由落体能量计算公式(1-1)，计算冲击落锤的能量：

E＝mgh(1-1)

式中：E为冲击能量，单位为J；m为冲击落锤重量，单位为kg；g为重力加速度，9.8m/s²；h为冲击落锤下落的高度，单位为m；

冲击过程中，冲击载荷的计算公式如下：

F(t)＝Ma(t)(1-2)

式中：a(t)在理想状态下为g，考虑摩擦等误差，取自加速度对时间记录的曲线斜率；

冲击落锤接触待测试材料的瞬时速度，计算公式如下：

V(t)=V0+∫0ta(t)dt---(1-3)]]>

式中：v(t)为t时刻冲击落锤的速度，冲击落锤开始接触待测试材料时t＝0；V₀为冲击落锤开始接触待测试材料时的速度，由公式可知：

V₀＝2gh(1-4)

在冲击行为过程中，待测试材料所吸收消耗的冲击能量E_材料的计算公式如下：