基于分離式霍普金森桿動態力學性能測試裝置的數據處理系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于分離式霍普金森桿動態力學性能測試裝置的數據處理系統，所述數據處理系統首先讀取分離式霍普金森桿動態力學性能測試得到的電壓-時間數據點，并將其繪成電壓-時間曲線，然后使用給定的試驗參數或自行輸入的參數和計算公式，通過人機交互將測試得到的電壓-時間曲線轉化為需要的工程應力-應變曲線和真應力-應變曲線，并可隨時進行數據的查看、平滑、修改、截取和輸出等。本數據處理系統能夠分別處理動態壓縮、剪切和拉伸力學性能測試數據；基于Windows操作系統的人性化界面，實現了分離式霍普金森桿動態力學性能數據處理的智能化，使得數據處理更為靈活，提高了運算速率和操作簡便性，具有很強的實用性。
【專利說明】基于分離式霍普金森桿動態力學性能測試裝置的數據處理 系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及材料動態力學測試領域，具體地，涉及一種基于分離式霍普金森動態 力學測試裝置的數據處理系統。
【背景技術】
[0002] 應變率是材料變形速率的一種度量，是應變對時間的導數。當應變率超過ΚΓ2^ 1 時，材料變形時表現出的力學行為被稱為材料的動態力學行為。材料在石油鉆探、航 空航天尤其是兵器等領域應用時經常發生高應變率（ΙΟΥΛΙΟΥ 1)甚至是超高應變率 (104^-106^)的變形。此時，材料的失效形式不同于靜載荷條件，而且很多材料的強度和 塑性會隨著應變率的變化發生變化。因此，材料動態力學性能的研究具有十分重要的意義。
[0003] 目前，在材料科學領域中測量材料在高應變率下的力學性能時使用最廣泛的就是 分離式霍普金森桿（SHPB)測試裝置。SHPB測試裝置主要由三部分組成：SHPB、應變儀和數 據采集系統，如圖1。其中，SHPB的主要組成部分包括：子彈1、測速儀2、入射桿3、透射桿 4、吸收桿和應變片5。應變片5貼到入射桿3和透射桿4上，并通過電纜線連接到動態應變 儀6上，同時動態應變儀6與數據采集系統7連接。
[0004] 進行SHPB測試時，待測試樣夾在入射桿和透射桿之間。子彈以一定速度撞擊入射 桿，使入射桿中產生一定長度的應力波。當應力波傳播到入射桿與試樣接觸端時，一部分應 力波反射回入射桿，另一部分發生透射，透射波傳遞給試樣后對試樣實施沖擊加載。入射 波、反射波和透射波由應變片和應變儀轉化后被數據采集系統記錄并保存為數據文件。
[0005] 數據采集系統記錄的數據文件是電壓-時間數據點。由于應變片阻值變化很微 弱，為了便于顯示或控制，這些電壓-時間數據點為超動態應變儀放大后的值。計算過程 中，數據需要進行還原，同時轉化為應變片的阻值變化。應變片發生應變時，其電阻值會發 生變化，所以通過阻值變化可以計算出其應變，計算公式與應變片的類型及參數有關。
[0006] 對于電阻應變片和半導體應變片，應變的計算公式分別為
【權利要求】
1. 一種基于分離式霍普金森桿動態力學性能測試裝置的數據處理系統，其特征在于， 包括：數據讀取模塊10、波形選擇模塊20、計算模塊30和數據平滑及修復模塊40。
2. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于具有以下功能： (1) 讀取SHPB測試得到的電壓-時間數據點，并將其繪成電壓-時間曲線，并可以進行 數據的查看、平滑、修改和截取等； (2) 給定三套常用的試驗參數，也可以由用戶自行輸入參數和計算公式，從而滿足不同 型號的應變儀和傳感器，適用不同的標定方法和采集頻率； (3) 當參數確定后，可以通過人機交互將所得的電壓-時間曲線轉化為所求的應力-時 間曲線、應變-時間曲線，工程應力-應變曲線和真應力-應變曲線,并可隨時進行數據的 查看、平滑、修改、截取和輸出等； (4) 能夠處理動態壓縮、剪切和拉伸力學性能測試數據； (5) 基于Windows操作系統的人性化界面，實現了數據處理智能化，使得數據處理更為 靈活，提高了運算速率和操作簡便性，具有很強的實用性。
3. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于：所述數據讀取模塊10中，讀取 數據采集系統記錄的數據文件，讀取過程中可以輸入電壓的放大倍數或者加入標定文件。
4. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于：所述波形選擇模塊20中，采用 手動、半自動、自動三種方法來選取入射波、反射波、透射波波形，提高了復雜波形的適用能 力和處理能力。
5. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于：所述波形選擇模塊20中，自動 選取波形時，運用數學算法智能分離計算波形，通過對波的振幅進行計算來選擇數據點擬 合切線，并求出截距來確定波形。
6. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于：所述計算模塊30中包括下列處 理步驟： 步驟31 :選擇壓縮、拉伸、剪切三種試驗類型中的一種； 步驟32 :編輯試驗中的各項參數，涉及圓柱形試樣的直徑、高度（圓柱以外的形狀可以 按照截面面積相等原則換算成等效的圓柱試樣），入射桿、透射桿的縱向波速、彈性模量、直 徑，電阻應變片原始阻值，電阻應變片應變敏感系數，標定電阻等； 步驟33 :選擇入射-反射、入射-透射和反射-透射三種計算模型來進行計算，同時也 方便進行數據準確性的驗證； 步驟34 :由本數據處理系統自動計算出應力應變曲線、真應力真應變曲線、應力時間 曲線、應變時間曲線以及應變率時間曲線。
7. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于：所述數據平滑及修復模塊40 中，用戶可以根據自己的需要，對其它三個模塊中曲線或數據進行即時查看、修改、截取和 保存等處理。
8. 根據權利要求1所述的數據處理系統，其特征在于：所述數據平滑及修復模塊40 中，波形的平滑處理使用的方法為滑動平均值法或中位數掃描法。
【文檔編號】G01N3/02GK104062174SQ201410324282
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】劉金旭, 呼陟宇, 陳忠愷, 李樹奎 申請人:北京理工大學