CN104864998A - 一种评价打击能力的方法和测评装置,及测评装置的校对 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价打击能力的方法和测评装置，所述方法的一个实施例包括以下步骤：打击物作用于弹性装置，使弹性装置发生形变；测量弹性装置产生的弹力，并计算出形变量；求得弹性装置获得的弹性势能，由已知的或评估出来的打击物受到的动力，计算出打击物的初动能；打击物的初动能和动力在标准评价形变量下做功产生的能量，转化为标准弹性装置的弹性势能，进而计算出标准评价形变量对应的标准评价打击力；绘制标准评价打击力与标准评价形变量关系曲线，即得到评价打击能力的标准评价打击力曲线。

Description

一种评价打击能力的方法和测评装置,及测评装置的校对

技术领域

本发明涉及一种评价打击能力的方法和测评装置，具体地说，是以标准评价打击力曲线来评价打击能力的方法和测评装置。

背景技术

本发明所述打击能力是指，具有一定速度的物体（以下称作打击物）作用到另一个物体（以下称作打击受体）上时，使另一物体产生形变和/或运动状态的改变（即打击效果），这种由打击物具有的使打击受体产生打击效果的能力称为打击能力。

打击能力是打击物的固有能力，可以标准评价打击力曲线作为评价项目，其评价结果不应因为打击受体的不同、测量装置的不同而有所不同。目前并没有评价所述打击能力的方法和测评装置，而较为接近的是，以实际打击力或其它相关物理量来评价实际打击效果作为打击作用大小的量度或反映。这种评价打击效果的典型方法举例如下：

1）通过打击具有一定质量的物体，使物体飞出一段距离，测量其位移和时间，计算平均速度后求得打击受体获得的动能来评价；

2）在打击受体上安装加速度传感器，通过测量打击受体的加速度数据，结合打击受体的质量，计算其最大速度进而计算其获得的最大动能来评价；或由最大加速度直接计算其最大受力作为实际打击力来评价；

3）将打击受体连接测力装置，对打击受体进行打击后，由测力装置直接给出最大受力作为实际打击力来评价。

事实上，打击能力的研究对象应该是打击受体，打击能力是打击受体的属性。而以打击效果来评价或反映打击作用的大小，只能在相同的测量装置中给出的结果才具有可比性，不同的测量装置给出的结果不具可比性。

然而，即使相同的测量装置能实现不同打击作用之间的比较，也只是特定条件下的大小关系比较，并没有从根本上给出打击物所具有的打击能力的评价，从而无法实现不同的打击在不同条件下的比较，以及无法给出相同的打击在不同条件下的具体情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评价打击能力的方法及其测评装置，旨在解决目前评价打击作用存在的至少为上述的不足，其实质是以打击作用的主体——打击物为研究对象，从根本上去评价打击物的固有能力——打击能力，使评价结果具有普遍的可比性。

 分析打击过程知道，打击效果是以打击过程中打击物具有的初动能和打击物在动力作用下做功共同产生的效果来体现，于是打击效果对应的打击能力实质上等于初动能与过程中动力做功的数量之和。然而在不同的打击过程中，作用距离或会不同，这样动力做功的条件就不统一，为了使评价结果具有可比性，必须使动力做功具有相同的条件，即动力在作用相同距离的情况下进行评价。

 在实际应用中，测量装置难于实现每次打击均能在指定的作用距离下进行，但可以通过获得实际打击的初动能和动力，将实际打击转换为指定作用距离下的打击，并由此来评价打击能力。为使评价结果更符合习惯和实际应用，进一步转换为标准评价打击力作为评价指标，并将不同作用距离对应的标准评价打击力绘制成标准评价打击力曲线，从而实现不同打击在指定条件下的打击能力比较，以及同一打击在不同条件下的打击能力分析。

 评价方法包括以下步骤：

测量或求得或已知打击物在打击过程中的初动能；

测量或求得或已知打击物在打击过程中受到的动力；

将所述初动能和所述动力在标准评价形变量下做功产生的能量，转化为发生形变量为标准评价形变量的标准弹性装置的弹性势能；

所述弹性势能等于标准评价打击力与标准评价形变量乘积的一半；

得到标准评价打击力与标准评价形变量的关系。

 所述标准评价形变量是不同打击之间进行比较的基准，即只有在同一标准评价形变量下，不同的打击才可比。

 所述标准评价打击力是使标准弹性装置产生的形变量正好等于标准评价形变量时产生的弹力。

 由所述标准评价打击力与标准评价形变量关系，得到标准评价打击力关于标准评价形变量关系式，和/或绘制成标准评价打击力与标准评价形变量曲线——标准评价打击力曲线，作为打击物一次具体打击的打击能力评价。

 为了实现本发明方法，提供一种评价打击能力的测评装置，所述测评装置包括：打击受体、弹性缓冲装置、弹性转换装置、测力装置、模数转换装置、数据处理装置、输出装置和结构支持装置；

所述打击受体连接所述弹性缓冲装置，所述弹性缓冲装置连接所述结构支持装置，整体起到接受打击和缓冲的作用；

所述弹性转换装置一端连接所述打击受体，另一端连接所述测力装置，所述测力装置安装于结构支撑装置；

对所述打击受体的不同位移，所述弹性转换装置产生的弹力和所述弹性缓冲装置产生的弹力具有确定的关系；

所述测力装置是测力传感器，将受到的力转换为电信号；

所述模数转换装置，将所述电信号转换为数字信号；

所述数据处理装置，将所述数字信号经过内部运算给出评价结果；

所述输出装置，将所述评价结果以直观的方式展示出来。

 本发明还提供一种对测评装置进行校对的校对装置和校对方法，所述校对装置包括：连结装置、结构支持装置、渐进器、连杆、测力装置和模数转换装置。

所述连结装置，一端连接所述结构支持装置，另一端在校对时连接测评装置；

所述结构支持装置安装有所述渐进器，所述渐进器驱动所述连杆运动，所述连杆驱动所述测力装置运动；

所述测力装置是测力传感器，将受到的力转换为电信号；

所述模数转换装置，将所述电信号转换为数字信号。

所述校对方法包括如下步骤：

连接所述校对装置和测评装置；

所述校对装置的测力装置作用于所述测评装置的打击受体时校对开始；

所述校对装置的模数转换装置输出信号到所述测评装置的数据处理装置，同时所述测评装置的模数转换装置输出信号到所述测评装置的数据处理装置，由所述测评装置的数据处理装置将两个信号进行配对；

所述校对装置的作用力大于或等于所述测量装置的量程时校对结束。

有益效果

1）解决了目前评价打击作用不具普遍可比性的问题，标准评价打击力曲线从根本上给出打击物的打击能力的评价，从而实现不同的打击在不同条件下的比较，以及给出相同的打击在不同条件下的具体情况；

2）测评装置采用弹性装置作为主要缓冲装置，能够有效减少机械能损失，最大限度地将打击的能量转换为弹性装置的弹性势能，充分地体现打击的最大效果；

3）测评装置设置弹性转换装置，将较大的力转换为较小的力再由测力装置测量，可实现测力装置的小量程和高精度应用；测力装置体积小，直接测量难以安装，或需多个配合使用，通过弹性转换装置集中到一处测量，既方便了安装又节省了成本；

4）使用校对装置，即使测评装置的弹性缓冲装置的弹力与形变关系未预先知道，也能通过校对来确定。在实际应用中，由于可后期校对，用户可以通过自主更换弹性装置或调节弹性装置的预受力来调节测评装置的量程范围。

附图说明

图1是本发明第二实施例提供的测评装置的结构示意图。

图2是本发明第三实施例提供的测评装置的结构示意图。

图3是本发明第四实施例提供的校对装置的结构示意图。

图4是本发明第二实施例和第四实施例的结构连接示意图。

图5是本发明第三实施例和第四实施例的结构连接示意图。

具体实施方式

 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。

第一实施例，评价方法实施例，详述如下：

打击物作用于弹性装置，使弹性装置发生形变，若存在动力则动力在过程中做功。弹性装置的形变越大，产生的弹力就越大，最终使打击物达到最大位移，弹性装置产生最大形变，打击物的初动能和动力做功全部转换为弹性装置的弹性势能。所述最大形变即为打击效果，对应的弹性装置产生的弹力大小即为实际打击力大小。

然而以实际打击力来评价是不科学的，因为当不同弹性装置间具有不同的弹力与形变关系时，受到相同动力且具有相同初动能的打击（相同的打击），产生的形变量不同；即使是具有相同的弹力与形变关系，受到相同动力但具有不同初动能的打击（不同的打击），产生的形变量也不同。这样，虽然动力相同但动力做功不一致，以实际打击力来评价就具有不同的意义。于是，评价首先应该以产生相同形变量的弹性装置产生的弹力来评价。

又有，当弹性装置的弹力与形变具有非线性关系时，由于非线性关系的不确定性，在不同特征的关系中即使产生相同的形变量，弹力也不是唯一的，这样评价也没有可比性。

所以，评价更应该以产生相同形变量的标准弹性装置产生的弹力来评价，并称为标准评价打击力。标准评价打击力定义如下：使标准弹性装置产生形变量为标准评价形变量时的打击力，其大小等于标准弹性装置产生的弹力。所述标准弹性装置是指产生的弹力与形变具有线性关系的弹性装置，且移去外力后弹性装置能够恢复原状。所述标准评价形变量是不同打击之间进行比较的基准，即只有在同一标准评价形变量下，不同的打击才可比。绘制标准评价打击力与标准评价形变量关系曲线，即为标准评价打击力曲线。

 下面从原理上分析并给出具体的应用公式，且分别对弹性装置为标准弹性装置和非标准弹性装置进行说明。

当弹性装置为标准弹性装置时，设标准弹性装置的劲度系数为                                                ，受到打击后形变量为，则有：

                                                                                                      （1）式

——弹性装置测出的实际打击力；

在弹性系统中忽略过程中的机械能损失，应用机械能守恒定律，有：

                                                                                         （2）式

——打击物在打击过程中具有的初动能；

——打击物在打击过程中受到的动力，这里为定值；

结合（1）式和（2）式得到如下关系式：

                                                                                      （3）式

对同一个打击，和均为确定的值，是评价打击能力的两个根本方面。于是实际打击力是由形变量来决定的，具有不同劲度系数的弹性装置受到同一个打击时形变量不同，劲度系数越大形变量越小，打击力就越大。

于是，将打击统一转换为使标准弹性装置产生相同形变量时的打击力，就能使相同的打击和不同的打击都有统一的比较标准，评价就具有可比性。

在实际测量和应用中能够方便测定的数据为实际打击力和动力（动力可以预先测定，亦可在打击过程中确定），通过弹性装置的弹力与形变关系可求得对应的实际形变量。设标准评价打击力为 ，标准评价形变量为，则打击物的初动能和动力在标准评价形变量下做功产生的能量，转化为标准弹性装置的弹性势能有如下关系：

                                                                                    （4）式

结合（3）式和（4）式，得到标准评价打击力与标准评价形变量的关系式为：

                                                                 （5）式。

当弹性装置为非标准弹性装置时，所述非标准弹性装置是指因形变而产生的弹力与形变具有非线性关系的装置，移去外力后弹性装置能够恢复原状。此时需要知道弹性装置的弹力与形变的具体函数关系，这种关系可以通过实验得出。

设非弹性装置的弹力和形变关系为，上面（3）式可写成：

                                                                                  （6）式

结合（4）式和（5）式得到标准评价打击力的表示式为：

                                                      （7）式

若动力为非恒力，且在打击过程中与形变具有函数关系式，则（7）式转换为：

                                                          （8）式

上述（4）式为标准评价打击力和标准评价形变量的根本关系式，（5）式、（7）式和（8）式，为标准评价打击力的实际应用关系式，尤以（8）式作为一般式。

第一实施例结束。

 第二实施例，测评装置实施例1，详述如下：

图1示出了本发明第二实施例提供的测评装置的结构示意图，具体如下：

打击受体101连接弹性缓冲装置102，弹性缓冲装置102连接结构支持装置103。打击受体101配有限位杆109，限位杆109首先起到限制打击受体101在图示的水平方向运动的作用。限位杆109在图示的下端设有锁母110，锁母110可调节并锁定其与限位杆109的端点的距离，从而起到调节和锁定弹性缓冲装置102的预受力。

本实施例中弹性缓冲装置102由若干均匀分布的压缩弹簧组成，分布具有中心对称性，其产生的弹力与其压缩形变具有线性关系。

打击受体101设有连杆111，连杆111与打击受体101为一整体，具有相同的位移。

连杆111在图示的下端连接弹性转换装置104，弹性转换装置104连接测力装置105，测力装置105紧固于结构支持装置103。

本实施例中弹性转换装置104为拉伸弹簧，其产生的弹力与其拉伸形变具有线性关系，且具有较高的精度。

测力装置105输出力的电信号到模数转换装置106，模数转换装置106将力的电信号转换为力的数字信号并输出到数据处理装置107。

数据处理装置107对数据进行处理后输出应用本发明方法进行评价的打击能力的评价结果。

输出装置108接收数据处理装置107输出的数据，以直观的方式展示出来。所述直观的方式可以是声音展示，或是电子屏幕展示，或是由打印机打印成纸质报告展示。

需要指出的是，数据处理装置并不限于与本测评装置成为整体，也可以是测评装置的外部设备。数据处理装置并不限于作为一个整体，也可以是将数据处理的不同阶段交由不同的独立的数据处理装置完成。所述的独立的数据处理装置可以设置在测评装置内，也可以是测评装置的外部设备。

本实施例的测评方法实施如下：

打击物作用于打击受体101，使弹性缓冲装置102和弹性转换装置104发生形变，弹性转换装置104产生的弹力作用于测力装置105，测力装置105输出关于力的电信号到模数转换装置106，模数转换装置106将关于力的电信号转换为数字信号并输出到数据处理装置107，数据处理装置107记录每个时刻 （ ）的弹性转换装置的弹力  ，并由内部运算单元计算出对应的打击受体101的位移  ，设打击受体不受打击时的位移为零，此时弹性转换装置的初始形变量和初始弹力分别为和，弹性缓冲装置的初始形变量和初始弹力分别为 和  。下面特取 、 、 和  均为零进行说明。

设弹性转换装置的劲度系数为 ，弹性缓冲装置的劲度系数为 ， 和 为弹性转换装置和弹性缓冲装置的固有属性，是已知量。则：

 —— 时刻弹性缓冲装置和弹性转换装置产生的弹力的合力；

分析比较每个时刻的 ，其最大值即为当次打击的实际打击力，记为  ，对应时刻记为 ，则  。

从打击的开始时刻到 ，分析比较每相邻两个时刻的 变化，记为 ，

      

当 出现最大值时，打击物受到的动力就在这两个时刻对应的 之间。简单地以算术平均值作为打击物受到的动力，记为 。此方法适用于 为定值，或 变化较小认为恒定的情况。应当说明，确定 并不限于此方法。

设标准评价形变量为 ，则标准评价打击力由下式给出：

  

第二实施例结束。

第三实施例，测评装置实施例2，详述如下：

图2示出了本发明第三实施例提供的测评装置的结构示意图，具体如下：

打击受体201连接弹性缓冲装置202，弹性缓冲装置202连接结构支持装置203。打击受体201配有限位杆209，限位杆209首先起到加强限制打击受体201在图示的水平方向运行的作用。限位杆209在图示的下端设有锁母210，锁母210可调节并锁定其与限位杆209的端点的距离，从而起到调节和锁定弹性缓冲装置202的预受力。

本实施例中弹性缓冲装置202由若干均匀分布的拉伸弹簧组成，分布具有中心对称性。

打击受体201设有连杆211，连杆211与打击受体201为一整体，具有相同的位移。

连杆211在图示的下端连接弹性转换装置204，弹性转换装置204连接测力装置205的，测力装置205紧固于结构支持装置203。

本实施例中弹性转换装置204为拉伸弹簧，其产生的弹力与其拉伸形变具有线性关系。

测力装置205输出力的电信号到模数转换装置206，模数转换装置206将力的电信号转换为力的数字信号并输出到数据处理装置207。

数据处理装置207对数据进行处理后输出应用本发明方法进行评价的打击能力的评价结果。

输出装置208接收数据处理装置207输出的数据，以直观的方式展示出来。所述直观的方式可以是声音展示，或是电子屏幕展示，或是由打印机打印成纸质报告展示。

需要指出的是，数据处理装置并不限于与本测量装置成为整体，也可以是测量装置的外部设备。数据处理装置并不限于作为一个整体，也可以是将数据处理的不同阶段交由不同的独立的数据处理装置完成。所述的独立的数据处理装置可以设置在测量装置内，也可以是测量装置的外部设备。

本实施例的测评方法实施如下：

打击物作用于打击受体201，使弹性缓冲装置202和弹性转换装置204发生形变，弹性转换装置204产生的弹力作用于测力装置205，测力装置205输出关于力的电信号到模数转换装置206，模数转换装置206将关于力的电信号转换为数字信号并输出到数据处理装置207，数据处理装置207记录每个时刻 （ ）的弹性转换装置的弹力 ，并由内部运算单元计算出对应的打击受体201的位移 。

下面将打击受体201和弹性缓冲装置202合并称为弹性缓冲系统，以打击受体201的位移作为弹性缓冲系统的形变，对于本实施例弹性缓冲系统产生的弹力与其形变具有非线性关系，设两者之间的关系为 ；设弹性转换装置的劲度系数为 ， 是弹性转换装置的固有属性，为已知量。设弹性缓冲系统的初始形变量为 ，弹性转换装置的初始形变量为 ，并特取 ， 。则：

 

  —— 时刻弹性缓冲系统和弹性转换装置产生的弹力的合力；

分析比较每个时刻的 ，其最大值即为当次打击的实际打击力，记为  ，对应时刻记为 ，则  。

从打击的开始时刻到 ，分析比较每相邻两个时刻的 变化，记为 ，

          

当 出现最大值时，打击物受到的动力就在这两个时刻对应的 之间。简单地以算术平均值作为打击物受到的动力，记为 。此方法适用于 为定值，或 变化较小认为恒定的情况。应当说明，确定并不限于此方法。

设标准评价形变量为，则标准评价打击力由下式给出：

                                     

第三实施例结束。

第四实施例，校对装置实施例，详述如下：

图3示出了本发明第四实施例提供的校对装置的结构示意图，具体如下：

连结装置301以可活动的形式连接结构支持装置302，,结构支持装置302安装有渐进器303，渐进器303用于驱动连杆304运动，连杆304一端连接测力装置305，测力装置305是已经得到校准的，测力装置305将受力转换为电信号输出给模数转换装置306，模数转换装置306将关于力的电信号转换为数字信号并输出。

第四实施例结束。

第五实施例，校对方法实施例，详述如下：

图4和图5示出了本发明第四实施例分别对第二和第三实施例进行校对的结构连接示意图。由于校对方法基本一致，下面就图4对应的校对过程进行说明。

校对装置的连结装置301连接测评装置的结构支持装置103，校对装置的模数转换装置306连接测评装置的数据处理装置107，测评装置的模数转换装置106连接测评装置的数据处理装置107，校对装置的渐进器303驱动校对装置的连杆304运动，校对装置的连杆304驱动校对装置的测力装置305运动，当校对装置的测力装置305作用到测评装置的打击受体101时开始配对，以测评装置的测力装置105的数值为自变量，校对装置的测力装置305的数值为因变量进行配对，记录每个时刻的配对结果，当校对装置的测力装置305的数值达到指定量程时配对结束，结果保存在测评装置的数据处理装置107中。

 第五实施例结束。

Claims (6)

1.一种评价打击能力的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

测量或求得或已知打击物在打击过程中的初动能；

测量或求得或已知打击物在打击过程中受到的动力；

将所述初动能和所述动力在标准评价形变量下做功产生的能量，转化为发生形变量为标准评价形变量的标准弹性装置的弹性势能；

所述弹性势能等于标准评价打击力与标准评价形变量乘积的一半；

得到标准评价打击力与标准评价形变量的关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准评价形变量是不同打击之间进行比较的基准，即只有在同一标准评价形变量下，不同的打击才可比。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准评价打击力是使标准弹性装置产生的形变量正好等于标准评价形变量时产生的弹力。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述标准评价打击力与标准评价形变量关系，得到标准评价打击力关于标准评价形变量的关系式，和/或绘制成标准评价打击力与标准评价形变量曲线——标准评价打击力曲线，作为打击物一次具体打击的打击能力的评价。

5.一种评价打击能力的测评装置，其特征在于，所述测评装置包括：打击受体、弹性缓冲装置、弹性转换装置、测力装置、模数转换装置、数据处理装置、输出装置和结构支持装置；

所述打击受体连接所述弹性缓冲装置，所述弹性缓冲装置连接所述结构支持装置，整体起到接受打击和缓冲的作用；

所述弹性转换装置一端连接所述打击受体，另一端连接所述测力装置，所述测力装置安装于结构支撑装置；

对所述打击受体的不同位移，所述弹性转换装置产生的弹力和所述弹性缓冲装置产生的弹力具有确定的关系；

所述测力装置是测力传感器，将受到的力转换为电信号；

所述模数转换装置，将所述电信号转换为数字信号；

所述数据处理装置，将所述数字信号经过内部运算给出评价结果；

所述输出装置，将所述评价结果以直观的方式展示出来。

6.一种对测评装置进行校对的校对装置和校对方法，其特征在于，所述校对装置包括：连结装置、结构支持装置、渐进器、连杆、测力装置和模数转换装置；

所述连结装置，一端连接所述结构支持装置，另一端在校对时连接测评装置；

所述结构支持装置安装有所述渐进器，所述渐进器驱动所述连杆运动，所述连杆驱动所述测力装置运动；

所述测力装置是测力传感器，将受到的力转换为电信号；

所述模数转换装置，将所述电信号转换为数字信号；

所述校对方法包括如下步骤：

连接所述校对装置和测评装置；

所述校对装置的测力装置作用于所述测评装置的打击受体时校对开始；

所述校对装置的模数转换装置输出信号到所述测评装置的数据处理装置，同时所述测评装置的模数转换装置输出信号到所述测评装置的数据处理装置，由所述测评装置的数据处理装置将两个信号进行配对；

所述校对装置的作用力大于或等于所述测评装置的量程时校对结束。