CN103940668B - 一种平面拉伸实验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面拉伸实验方法及装置，卡具和试样表面刻制网格，方法包括：通过卡具对试样进行拉伸并获取试样的拉伸图像；根据试样的拉伸图像，获取试样的网格尺寸、卡具的网格尺寸和卡具的位移；根据试样的网格尺寸和卡具的网格尺寸，获取试样网格的实际变形量；根据卡具的位移，获取对应的力的大小；根据试样实际变形量和对应的力的大小，获取试样的材料力学性能。本发明通过在卡具和试样上刻制网格，并通过图像中试样网格的变化尺寸与卡具上网格的尺寸进行对比，从而得到试样在拉伸时的实际变形量，再根据卡具上力的大小即可得出试样的材料力学性能。本发明提供的方法简单、易操作，并且不需要配备昂贵的仪器，大大降低了实验成本。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种平面拉伸实验方法及装置。
背景技术
目前，橡胶类材料的应用非常广泛，不同橡胶类材料的力学性能应用在不同场合中，因此需要对橡胶类材料的力学性能进行测试。橡胶类材料的力学性能可通过平面拉伸实验得到。实验时，通过实验机上的卡具固定试样，并通过卡具对试样进行拉伸，卡具在对试样拉伸时，实验机会记录卡具的位移以及对应此位移时的力的大小。此外，在试样拉伸过程中，还需要使用其他设备记录试样的拉伸变化，以得到试样的拉伸变化量，并将此变化量与实验机测得的力相对应，从而能够得到该试样的材料力学性能。
现有技术中是通过视频引伸计记录试样的拉伸变化。由于视频引伸计与实验机不是同一设备，因此需要通过其他数据处理系统，使两者在数据处理时能够同步进行，并使视频引伸计测量出的试样拉伸量能够与实验机测得的力的大小相对应，从而得到该试样的材料力学性能。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术中视频引伸计价格高，使得通过视频引伸计进行平面拉伸实验的方法无法被广泛应用；并且在使用视频引伸计时还需要通过其他数据处理系统辅助实验，进一步增加了平面拉伸实验的成本。
发明内容
为了解决现有技术实验成本高的问题，本发明实施例提供了一种平面拉伸实验方法及装置。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种平面拉伸实验方法，实验机的卡具和试样表面刻制有网格，所述方法包括：
通过所述卡具对所述试样进行拉伸；
在拉伸过程中，获取所述试样的拉伸图像；
根据所述试样的拉伸图像，获取所述拉伸图像上试样的网格尺寸、所述拉伸图像上卡具的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的位移；
根据所述拉伸图像上试样的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取所述试样网格的实际变形量；
根据所述拉伸图像上卡具的位移，获取所述卡具的实际位移；
根据所述卡具的实际位移，获取与所述卡具的实际位移对应的所述卡具上力的大小；
根据所述试样网格的实际变形量和对应的所述卡具上力的大小，获取所述试样的材料力学性能。
进一步地，根据所述拉伸图像上试样的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取所述试样网格的实际变形量，包括：
获取所述试样的拉伸前图像；
根据所述试样的拉伸前图像，获取所述拉伸前图像上所述试样拉伸前的网格尺寸；
根据所述拉伸前图像上所述试样拉伸前的网格尺寸和所述拉伸图像上所述试样的网格尺寸，获取所述试样网格的图像变形量；
根据所述试样网格的图像变形量和所述拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取所述试样网格的实际变形量。
进一步地，根据所述拉伸图像上卡具的位移，获取所述卡具的实际位移，包括：
所述拉伸图像上卡具的位移与所述拉伸图像上卡具的网格尺寸进行比对，获取所述卡具的实际位移。
进一步地，根据所述卡具的实际位移，获取与所述卡具的实际位移对应的所述卡具上力的大小，包括：
获取所述卡具的记录位移和对应所述卡具的记录位移的力的大小；
根据所述卡具的实际位移，获取与所述卡具的实际位移相对应的所述卡具的计算位移；
根据所述卡具的计算位移，获取所述卡具上力的大小。
另一方面，提供了一种平面拉伸实验装置，卡具和试样表面刻制有网格，所述装置包括：
拉伸模块，用于对试样进行拉伸；
拍摄模块，用于获取所述试样的拉伸图像；
获取模块，用于获取所述拉伸图像上试样的网格尺寸、所述拉伸图像上卡具的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的位移；
变形量模块，用于获取所述试样网格的实际变形量；
位移模块，用于获取所述卡具的实际位移；
测力模块，用于获取所述卡具上力的大小；
性能模块，用于获取所述试样的材料力学性能。
进一步地，所述变形量模块包括：
拉伸前图像单元，用于获取所述试样的拉伸前图像；
拉伸前尺寸单元，用于获取所述试样拉伸前的网格尺寸；
图像变形量单元，用于获取所述试样网格的图像变形量；
实际变形量单元，用于获取所述试样网格的实际变形量。
进一步地，所述位移模块包括：
比对单元，用于将所述拉伸图像上卡具的位移与所述拉伸图像上卡具的网格尺寸进行比对；
获取单元，用于获取所述卡具的实际位移。
进一步地，所述测力模块包括：
记录单元，用于获取所述卡具的记录位移和对应所述卡具的记录位移的力的大小；
位移单元，用于获取所述卡具的计算位移；
测力单元，用于获取所述卡具的力的大小。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明通过在卡具和试样上刻制网格，并通过图像中试样网格的变化尺寸与卡具上网格的尺寸进行对比，从而得到试样在拉伸时的实际变形量，再根据卡具上力的大小即可得出试样的材料力学性能。本发明仅通过实验机即可完成对试样材料力学性能的测试，无需使用视频引伸计及其他数据处理系统，使得本发明提供的方法简单、易操作，并大大降低了实验成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的平面拉伸实验方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的平面拉伸实验方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的平面拉伸实验装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的平面拉伸实验装置的结构示意图。
其中：1试样，
2上卡头，
3下卡头，
4网格，
5标记点，
6拉伸轴线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，图1所示的实施例提供了一种平面拉伸实验方法，实验机的卡具和试样表面刻制有网格，方法包括：
步骤101：通过卡具对试样进行拉伸。
步骤102：在拉伸过程中，获取试样的拉伸图像。
步骤103：根据试样的拉伸图像，获取拉伸图像上试样的网格尺寸、拉伸图像上卡具的网格尺寸和拉伸图像上卡具的位移。
步骤104：根据拉伸图像上试样的网格尺寸和拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取试样网格的实际变形量。
步骤105：根据拉伸图像上卡具的位移，获取卡具的实际位移。
步骤106：根据卡具的实际位移，获取与卡具的实际位移对应的卡具上力的大小。
步骤107：根据试样网格的实际变形量和对应的卡具上力的大小，获取试样的材料力学性能。
本发明通过在卡具和试样上刻制网格，并通过图像中试样网格的变化尺寸与卡具上网格的尺寸进行对比，从而得到试样在拉伸时的实际变形量，再根据卡具上力的大小即可得出试样的材料力学性能。本发明仅通过实验机即可完成对试样材料力学性能的测试，无需使用视频引伸计及其他数据处理系统，使得本发明提供的方法简单、易操作，并大大降低了实验成本。
参见图2，图2所示的实施例提供了一种平面拉伸实验方法，实验机的卡具和试样表面刻制有网格，方法包括：
步骤201：通过卡具对试样进行拉伸。
其中，先通过激光打标机在实验机的卡具和试样表面上刻制网格，再通过卡具将试样固定并对试样进行拉伸。
步骤202：在拉伸过程中，获取试样的拉伸图像。
其中，可通过照相机或摄像机来拍摄试样的拉伸过程，以获取试样的拉伸图像，并且为了使拍摄效果更加清晰，采用带有微距镜头的照相机或摄像机进行拍摄。在对试样进行拉伸前，先调整照相机焦距并固定照相机的拍摄位置，在拍摄过程中不改变焦距。且为了保证数据的准确性，在拉伸过程中，通过照相机对试样进行多次拍摄，获取多张试样的拉伸图像。可选地，可以根据实验精度的需要来设定拍摄次数和拍摄的时间间隔，即能够使照相机按预设频率进行拍摄。
步骤203：根据试样的拉伸图像，获取拉伸图像上试样的网格尺寸、拉伸图像上卡具的网格尺寸和拉伸图像上卡具的位移。
其中，试样在拉伸过程中，试样上的网格也会随试样被拉伸，使得试样上的网格尺寸发生变化，通过试样的拉伸图像能够量取试样上发生变化的网格尺寸；卡具上的网格尺寸在拉伸过程中不发生变化，因此拉伸图像上卡具的网格尺寸能够作为参照与试样的网格尺寸进行比对；此外，在试样拉伸过程中，卡具的位移会随试样拉伸而发生变化，通过拉伸图像能够量取卡具在拉伸过程中的位移量。
步骤204：获取试样的拉伸前图像。
其中，当照相机固定好之后，在试样进行拉伸前先对固定在卡具上的试样进行拍摄，获取试样拉伸前的图像，用于和拉伸过程中的图像进行比对。
步骤205：根据试样的拉伸前图像，获取拉伸前图像上该试样拉伸前的网格尺寸。
其中，在拉伸前的图像中，能够量取试样拉伸前的网格尺寸，获取试样上网格未发生变化时的网格尺寸。
步骤206：根据拉伸前图像上该试样拉伸前的网格尺寸和拉伸图像上该试样的网格尺寸，获取该试样网格的图像变形量。
其中，通过获取拉伸前图像中试样拉伸前的网格尺寸与拉伸图像中该试样的网格尺寸进行比对，能够得到图像中试样上网格的变形量，即图像中试样上网格沿拉伸方向的长度变化量。
步骤207：根据试样网格的图像变形量和拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取该试样网格的实际变形量。
其中，由拉伸前图像和拉伸图像得到的试样网格的图像变形量，与图像上卡具的网格尺寸进行比对，由于在试样拉伸过程中卡具的网格尺寸不会受拉伸影响而发生变化，因此可以将图像中卡具的网格尺寸作为比例尺，分别量取图像上卡具的网格尺寸和实际中卡具的网格尺寸，即得到该比例尺。已知试样图像上的变形量与比例尺进行换算，能够得出试样在实际中的变化长度。
根据步骤204-207，在试样拉伸前先对固定在卡具上的试样进行拍摄，得到试样在拉伸前的图像；通过拉伸前图像量取试样在拉伸前的网格尺寸，在拉伸图像中量取试样拉伸时网格变化的尺寸并与试样拉伸前的网格尺寸进行比对，如此能够获取试样网格在图像中的变形量，通过图像变形量和拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取试样网格的实际变形量，具体地，以图像上卡具的网格尺寸作为比例尺，预设实际中卡具上网格尺寸为1cm*1cm的正方形尺寸，若图像中卡具的网格尺寸是实际中卡具的网格尺寸的0.5倍，试样拉伸的图像变形量是图像中卡具的网格尺寸的2倍，则通过计算得出试样在拉伸过程中的实际变形量为1cm，即试样被拉伸1cm。
步骤208：拉伸图像上卡具的位移与拉伸图像上卡具的网格尺寸进行比对，获取该卡具的实际位移。
其中，能够通过量取拉伸图像上卡具的位移以及拉伸图像上卡具的网格尺寸，来获取卡具的实际位移。此外，也能够通过分别量取拉伸前图像的卡具位移和拉伸图像上的卡具位移，并对上述两个卡具位移进行比对，来获取该卡具的实际位移。
步骤209：获取卡具的记录位移和对应该卡具的记录位移的力的大小。
其中，能够通过实验机来记录试样在拉伸时卡具的位移，来获取卡具的记录位移，并能够通过实验机来记录与卡具的位移相对应的力的大小。
步骤210：根据卡具的实际位移，获取与卡具的实际位移相对应的该卡具的计算位移。
其中，在得到卡具的实际位移后需要与实验机上所记录的位移相比较，若能够与实验机上的记录的位移对应，则能够直接得到该卡具在此实际位移下的力的大小；若在实验机上记录的位移与卡具的实际位移无法对应，则需要通过推导卡具位移和卡具的力的关系式，通过关系式获取力的大小，这里作为区分，将卡具的实际位移对应的实验机上的位移称为计算位移。
步骤211：根据卡具的计算位移，获取卡具上力的大小。
其中，在拉伸过程中记录着卡具的记录位移和卡具在此记录位移时的力的大小，根据获取的实际位移来对应得到实验机上卡具的记录位移，即卡具的计算位移，并通过实际中卡具位移与卡具力的大小的关系式，将卡具的计算位移带入关系式中，即可得到试样在拉伸变化时对应的力的大小。
步骤212：根据试样网格的实际变形量和对应的卡具上力的大小，获取试样的材料力学性能。
其中，根据试样网格的实际变形量，和对应的力的大小即可得到该试样拉伸量与力的关系，通过上述数据即可获取包括硬度、拉伸强度在内的材料力学性能。
如图3所示，在本发明实施例中，先将试样1清洗干净，并由卡具夹持、固定，该卡具上设置有上卡头2和下卡头3，在上卡头2、下卡头3以及试样1表面刻制均匀分布的一定的尺寸的正方形网格4，网格4的尺寸大小根据实验的精度进行调节，实验精度越高，网格4的尺寸越小。此外，在上下两个卡头上各设置一个标记点5，且两个标记点5在拉伸轴线6上，该标记点5用作检测实验误差的一种方法，在试样1拉伸时，可根据观察两个标记点5是否还与拉伸轴线6共线，若两个标记点5的连线与拉伸轴线6共线，则表明卡具固定试样1良好；若两个标记点5的连线不与拉伸轴线6共线，则表明卡具未能固定试样1，需要重新进行实验。将照相机对准试样1，并进行调焦，使照相机内的视场以拉伸轴线6为中心，以2-3倍的拉伸长度为半径。使得照相机中拍摄的图片能够清晰地反映试样1的拉伸过程。焦距调好后，将相机固定，使试样1在拉伸过程中，相机中拍摄的图像大小不发生变化。在本发明中照相机选用CCD相机（charge coupled device，电荷耦合器件）。在试样1进行拉伸前，先拍摄一张试样1在拉伸前在卡具上的图像作为对照，试样1在拉伸过程中，相机按照一定频率进行多组拍摄，直到试样1拉伸过程结束，并同时记录试样1拉伸时卡具的位移和卡具在该位移下力的大小。拉伸结束后，通过拉伸图像和拉伸前图像能够得到试样1拉伸的实际变形量和该变形量下力的大小，如此能够获取该试样1的材料力学性能。具体地，通过拉伸图像量取试样拉伸时的网格4尺寸、卡具上网格4尺寸以及上卡头2和下卡头3之间的距离，通过拉伸前图像量取上卡头2和下卡头3之间的距离和试样1拉伸前网格4尺寸，通过试样1拉伸时的网格4尺寸与拉伸前网格4尺寸进行比较能够得到试样1在图像中的变形量，通过拉伸时上卡头2和下卡头3之间的距离和拉伸前上2卡头和下卡头3之间的距离能够计算出上下卡头的位移量，卡具上网格4的尺寸在实验过程中为定值，因此将卡具上网格4尺寸作为比例尺，即可获取实际中试样的变形量以及上下卡头的位移量，通过将上下卡头的位移量与记录中的卡具的位移量进行比对即可得到该位移量对应的力的大小，并最终获取该试样1的材料力学性能。
参见图4，图4所示的实施例提供了一种平面拉伸实验装置，卡具和试样表面刻制有网格，装置包括：
拉伸模块401，用于对试样进行拉伸。
拍摄模块402，用于获取试样的拉伸图像。
获取模块403，用于获取拉伸图像上试样的网格尺寸、拉伸图像上卡具的网格尺寸和拉伸图像上卡具的位移。
变形量模块404，用于获取试样网格的实际变形量。
位移模块405，用于获取卡具的实际位移。
测力模块406，用于获取卡具上力的大小。
性能模块407，用于获取试样的材料力学性能。
本发明通过在卡具和试样上刻制网格，并通过图像中试样网格的变化尺寸与卡具上网格的尺寸进行对比，从而得到试样在拉伸时的实际变形量，再根据卡具上力的大小即可得出试样的材料力学性能，本发明提供的方法简单、易操作，并且不需要配备昂贵的仪器，大大降低了实验成本。
参见图4，图4所示的实施例提供了一种平面拉伸实验装置，卡具和试样表面刻制有网格，装置包括：
拉伸模块401，用于对试样进行拉伸。
拍摄模块402，用于获取试样的拉伸图像。
获取模块403，用于获取拉伸图像上试样的网格尺寸、拉伸图像上卡具的网格尺寸和拉伸图像上卡具的位移。
变形量模块404，用于获取试样网格的实际变形量。
位移模块405，用于获取卡具的实际位移。
测力模块406，用于获取卡具上力的大小。
性能模块407，用于获取试样的材料力学性能。
进一步地，变形量模块404包括：
拉伸前图像单元，用于获取试样的拉伸前图像。
拉伸前尺寸单元，用于获取试样拉伸前的网格尺寸。
图像变形量单元，用于获取试样网格的图像变形量。
实际变形量单元，用于获取试样网格的实际变形量。
进一步地，位移模块405包括：
比对单元，用于将拉伸图像上卡具的位移与拉伸图像上卡具的网格尺寸进行比对。
获取单元，用于获取卡具的实际位移。
进一步地，测力模块406包括：
记录单元，用于获取卡具的记录位移和对应卡具的记录位移的力的大小；
位移单元，用于获取卡具的计算位移。
测力单元，用于获取卡具的力的大小。
需要说明的是：上述实施例提供的平面拉伸实验装置在进行实验时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将平面拉伸试样装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的平面拉伸实验装置与平面拉伸实验方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种平面拉伸实验方法，其特征在于，实验机的卡具和试样表面刻制有网格，所述方法包括：
通过所述卡具对所述试样进行拉伸，在垂直于拉伸方向的方向上，所述卡具的长度大于所述试样的长度；
在拉伸过程中，获取所述试样的拉伸图像；
根据所述试样的拉伸图像，获取所述拉伸图像上试样的网格尺寸、所述拉伸图像上卡具的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的位移；
根据所述拉伸图像上试样的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取所述试样网格的实际变形量；
根据所述拉伸图像上卡具的位移，获取所述卡具的实际位移；
根据所述卡具的实际位移，获取与所述卡具的实际位移对应的所述卡具上力的大小；
根据所述试样网格的实际变形量和对应的所述卡具上力的大小，获取所述试样的材料力学性能；
根据所述拉伸图像上试样的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取所述试样网格的实际变形量，包括：
获取所述试样的拉伸前图像；
根据所述试样的拉伸前图像，获取所述拉伸前图像上所述试样拉伸前的网格尺寸；
根据所述拉伸前图像上所述试样拉伸前的网格尺寸和所述拉伸图像上所述试样的网格尺寸，获取所述试样网格的图像变形量；
根据所述试样网格的图像变形量和所述拉伸图像上卡具的网格尺寸，获取所述试样网格的实际变形量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述拉伸图像上卡具的位移，获取所述卡具的实际位移，包括：
所述拉伸图像上卡具的位移与所述拉伸图像上卡具的网格尺寸进行比对，获取所述卡具的实际位移。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述卡具的实际位移，获取与所述卡具的实际位移对应的所述卡具上力的大小，包括：
获取所述卡具的记录位移和对应所述卡具的记录位移的力的大小；
根据所述卡具的实际位移，获取与所述卡具的实际位移相对应的所述卡具的计算位移；
根据所述卡具的计算位移，获取所述卡具上力的大小。
4.一种平面拉伸实验装置，其特征在于，卡具和试样表面刻制有网格，所述装置包括：
拉伸模块，用于对试样进行拉伸，在垂直于拉伸方向的方向上，所述卡具的长度大于所述试样的长度；
拍摄模块，用于获取所述试样的拉伸图像；
获取模块，用于获取所述拉伸图像上试样的网格尺寸、所述拉伸图像上卡具的网格尺寸和所述拉伸图像上卡具的位移；
变形量模块，用于获取所述试样网格的实际变形量；
位移模块，用于获取所述卡具的实际位移；
测力模块，用于获取所述卡具上力的大小；
性能模块，用于获取所述试样的材料力学性能；
所述变形量模块包括：
拉伸前图像单元，用于获取所述试样的拉伸前图像；
拉伸前尺寸单元，用于获取所述试样拉伸前的网格尺寸；
图像变形量单元，用于获取所述试样网格的图像变形量；
实际变形量单元，用于获取所述试样网格的实际变形量。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述位移模块包括：
比对单元，用于将所述拉伸图像上卡具的位移与所述拉伸图像上卡具的网格尺寸进行比对；
获取单元，用于获取所述卡具的实际位移。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述测力模块包括：
记录单元，用于获取所述卡具的记录位移和对应所述卡具的记录位移的力的大小；
位移单元，用于获取所述卡具的计算位移；
测力单元，用于获取所述卡具的力的大小。
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2014
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Also Published As
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