CN108801772B - 一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，将试样夹持段和弧形段区域进行网格化处理，网格横纵线的交点称为十字标记点，在试样拉伸过程中，将高速相机对准试样上标记点的区域进行全程拍照，对标记点a在高速拉伸过程中发生位移变化进行记录，计算变形量Δy_i，确定其为弹性变形点或塑性变形点，并依此进行纯弹性变形区和塑性变形区划分，在纯弹性变形区纵向中心线划出上极限与纵向中心线的交点，做出十字标记，粘贴固定好应变片。本发明可准确确定纯弹性变形区，确保贴片部位全部位于纯弹性变形区，保证载荷测量结果的准确性和一致性，从而降低载荷数据的振荡程度。

Description

一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法

技术领域

本发明属于材料动态测试技术领域，涉及一种高速拉伸载荷测试技术，尤其涉及一种高速拉伸载荷测试过程中应变片的定位方法。

背景技术

在现有技术中，高速拉伸曲线已越来越多地用于汽车碰撞模拟仿真分析。高速拉伸曲线的数据质量直接决定了模拟结果的可靠性，因而受到了广泛关注和高度重视。高速拉伸载荷是构成高速拉伸曲线的关键数据，目前高速拉伸载荷数据质量提高所面临的最大问题是载荷随时间的振荡。这种振荡目前认为无法避免，现有减少振荡的载荷测量方法主要有两种，一种是通过设备自身配备的动态载荷传感器测量，这一般适用于50/s以下应变率范围，载荷振荡发生概率低；另外一种方法是利用应变电测技术，在哑铃型试样夹持段和弧形段之间粘贴应变片测量，这种方法主要适用于50/s～500/s应变率范围，特别在50/s～200/s应变率范围内可以有效地减少原始动态载荷数据的振荡。

在应变电测实践中，影响高速拉伸载荷振荡的原因之一是应变片粘贴定位的准确性和一致性，包括宏观上准确选定粘贴区域以及微观上精确实施粘贴操作。理论上，应变片应该粘贴在始终发生弹性变形即纯弹性变形区域，且越靠近平行段，试验结果越准确。但实际操作中，试样夹持段至弧形段的拉伸变形复杂，如果粘贴位置不当，很容易进入塑性变形区；如果各试样上应变片粘贴位置不一致，又会使得各次试验的可比性变差，增加试验结果的不确定度。

在现有技术中，未发现针对高速拉伸载荷测试过程中应变片的定位装置及方法。与该方案最相关的是授权公告号CN 205260517U《一种应变片定位粘贴装置》，尽管较好地解决了目前人工手动粘贴应变片质量差、精度低的问题，且不受应变片的形状种类限制，但只涉及微观上的粘贴操作，未提及宏观上的应变片粘贴定位区域选取。目前针对普通应变片的定位方法，不适用于动态测试用应变片的定位。因普通应变片栅丝长，易于覆盖各个变形区，对变形区差异的敏感度低，响应频率低，定位精度不高，无法考虑试样各区域变形差异对试验结果的影响。另外，即使某些普通应变片的定位有偏差，因成本较低，粘贴工艺简单，可以随时进行重复试验。而动态测试用应变片成本高，往往具有较短的尺寸，较高的响应频率，一旦定位不当，极易进入单一的塑性变形区，从而大大降低测试质量，而重复测试又会大大增加测试周期和成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，可准确确定纯弹性变形区，从而确保贴片部位全部位于纯弹性变形区，从而保证载荷测量结果的准确性和一致性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将试样(1)夹持段和弧形段区域进行网格化处理，网格横纵线的交点称为十字标记点，简称标记点，以试样底边为横轴x，试样左侧边为纵轴y，记录每一标记点的坐标位置a(x,y)；

2)将做好标记点的试样(1)安装在高速拉伸试验机上，将高速相机(2)对准试样(1)上标记点的区域，在试样(1)拉伸过程中进行全程拍照；

3)根据拍摄到的试样(1)高速拉伸变形过程图片，获得试样(1)相关区域内每一瞬间所有标记点的变形情况，将试样(1)上某一标记点a在高速拉伸过程中首次发生位移变化前一时刻的最后一帧图片记为第0帧图片，坐标记为a₀(x₀,y₀)，将标记点a在高速拉伸过程中首次发生位移变化时刻的图片记为第1帧图片，坐标记为a₁(x₀,y₁)，……，以此类推，将标记点a在高速拉伸过程中第i次发生位移变化时刻的图片记为第i帧图片，坐标记为a_i(x₀,y_i)，将标记点a在高速拉伸过程中最后一次发生位移变化时刻的图片记为第n帧图片，坐标记为a_n(x₀,y_n)，由于试验条件为单轴拉伸，故假设标记点的横坐标不发生变化；

4)按照公式(1)计算标记点a在第i帧时的变形量Δy_i(％)：

Δy_i＝100×(y_i-y₀)/y₀％(1)

5)统计标记点a在拉伸过程中的全部变形量Δy_i，绘制帧数i与变形量Δy_i的散点图，如果标记点a的全部变形量Δy_i的最大值max(Δy_i)<5％，且第n帧的变形量Δy_n<＝0.2％，则在第0帧图片上该标记点位置标记为弹性变形点；反之，如果标记点a的全部变形量Δy_i的最大值max(Δy_i)>＝5％，或者第n帧的变形量Δy_n>0.2％，则在第0帧图片上该标记点位置标记为塑性变形点；

6)重复步骤3)～5)，对试样(1)上其他标记点进行位置标记，将试样(1)上全部由弹性变形点构成的变形区域称为纯弹性变形区，全部由塑性变形点构成的变形区域称为塑性变形区；

7)依据第0帧图片上的标记找到试样(1)纯弹性变形区内纵向中心线上最靠近平行段的弹性变形点，沿该点做平行于试样(1)底边的横线，从该点向左右各延伸等于应变片宽度一半的长度，如果所到之处均为纯弹性变形区，而未进入塑性变形区，则以此横线作为应变片贴片位置的上极限，如果所到之处至少有一个标记点为塑性变形点，则从纵向中心线上的下一个弹性变形点做横线，直至所到之处均为纯弹性变形区，以该横线作为应变片贴片位置的上极限；

8)划出试样(1)纵向中心线，然后沿试样(1)纵向中心线划出上极限与纵向中心线的交点，并做出十字标记；

9)将应变片(3)上下两侧的定位标记均位于纵向中心线上，且靠近弧形段一侧的定位标记和试样上的十字标记完全重合，粘贴固定好应变片(3)。

进一步的，所述步骤1)中的网格化处理包括，将试样置于十字标记刻划装置上，刻划出夹持段和弧形段区域内的纵向中心线，同时，从试样底边开始，在夹持段至弧形段区域内的纵向中心线上等间距地刻划出若干短横线，横纵线的交点称为十字标记点，简称标记点，再以纵向中心线为对称轴，将标记点向左右等间距偏移，直至到达试样边缘。

进一步的，针对同批次试样为2个以上情况，选取同批次的其他平行试样，重复步骤1)～步骤7)确定每一个平行试样上作为应变片贴片位置的个体上极限；将同批次平行试样中最靠近底边的一条个体上极限作为该批次每一个平行试样的公共上极限；最后按照步骤8)和步骤9)将应变片(3)粘贴固定在该批次每一个平行试样上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，本发明一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，能够准确确定应变片在试样上的最佳粘贴部位，从而降低载荷数据的振荡程度。

附图说明

图1为高速拉伸变形图片的简化处理流程示意图；

图2为变形图片获取过程示意图；

图3为帧数i-变形量Δy_i散点图。

1、试样；2、高速相机；3、应变片。

具体实施方式

实施例1

针对同批次试样为1个的情况，用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，包括如下步骤：

1)将试样1置于十字标记刻划装置上，刻划出试样1夹持段和弧形段区域内的纵向中心线，同时，从试样1底边开始，在夹持段至弧形段区域内的纵向中心线上等间距地刻划出若干短横线，横纵线的交点称为十字标记点，简称标记点，再以纵向中心线为对称轴，将标记点向左右等间距偏移，直至到达试样边缘，如图1所示。以试样底边为横轴x，试样左侧边为纵轴y，记录每一标记点的坐标位置a(x,y)；

2)将做好标记点的试样1从十字标记刻划装置上取下，安装在高速拉伸试验机上，将高速相机2对准试样1上刻划标记点的区域，然后将试样(1)按照预先设定的初始条件，目标速度20m/s，将试样1拉断，同时采用高分辨率的高速相机2以100kHz采样频率拍摄记录试样1上包括全部标记点在内的试样1变形过程图片，如图2所示；

3)将试样1上某一标记点a在高速拉伸过程中首次发生位移变化前一时刻的最后一帧图片记为第0帧图片，标记点坐标记为a₀(x₀,y₀)，将标记点a在高速拉伸过程中首次发生位移变化时刻的图片记为第1帧图片，标记点坐标记为a₁(x₀,y₁)，。。。。，以此类推，将标记点a在高速拉伸过程中第i次发生位移变化时刻的图片记为第i帧图片，坐标记为a_i(x₀,y_i)，将标记点a在高速拉伸过程中最后一次发生位移变化时刻的帧数记为第n帧，坐标记为a_n(x₀,y_n)，由于试验条件为单轴拉伸，故假设标记点的横坐标不发生变化。

4)按照公式(1)计算标记点a在第i帧时的变形量Δy_i(％)：

Δy_i＝100×(y_i-y₀)/y₀％(1)

5)统计标记点a在拉伸过程中的全部变形量Δy_i，绘制帧数i与变形量Δy_i的散点图，如图3所示。对于全部变形量Δy_i的最大值max(Δy_i)<5％，且第n帧的变形量Δy_n<＝0.2％的标记点，在第0帧图片上该标记点位置用○标记为弹性变形点；对于全部变形量Δy_i的最大值max(Δy_i)>＝5％，或者第n帧的变形量Δy_n>0.2％的标记点，在第0帧图片上相应标记点位置用Δ标记为塑性变形点。

6)重复步骤3)～5)，对试样1上其他标记点进行位置标记，将试样1上全部由弹性变形点构成的变形区域称为纯弹性变形区，全部由塑性变形点构成的变形区域称为塑性变形区；

7)依据第0帧图片上的标记找到试样1纯弹性变形区内纵向中心线上最靠近平行段的弹性变形点，利用十字标记刻划装置沿该点做平行于试样1底边的横线，从该点向左右各延伸4mm(注：本次试验所用应变片3的宽度为8mm)，所到之处有一个标记点为塑性变形点，则从纵向中心线上的下一个弹性变形点做横线，直至所到之处均为纯弹性变形区，以该横线作为应变片贴片位置的上极限；

8)划出试样1纵向中心线，然后沿试样1纵向中心线划出上极限与纵向中心线的交点，并做出十字标记；

9)将应变片3上下两侧的定位标记均位于纵向中心线上，且靠近弧形段一侧的定位标记和试样上的十字标记完全重合，粘贴固定好应变片3。

实施例2

针对同批次试样为3个的情况，用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，包括如下步骤：

1)将3个平行试样1按照实施例1中的步骤1)～7)分别操作一次，确定每一个平行试样上作为应变片贴片位置的个体上极限；

2)将上述3个平行试样1个体上极限中最靠近底边的一条作为该批次试样的公共上极限；

3)划出每一个平行试样1纵向中心线，然后沿试样1纵向中心线划出每一个平行试样1的公共上极限与纵向中心线的交点，并做出十字标记；

4)将应变片3上下两侧的定位标记均位于每一个平行试样1的纵向中心线上，且靠近弧形段一侧的定位标记和试样上的十字标记完全重合，粘贴固定好应变片3。

Claims (3)

1.一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将试样(1)夹持段和弧形段区域进行网格化处理，网格横纵线的交点称为十字标记点，简称标记点，以试样底边为横轴x，试样左侧边为纵轴y，记录每一标记点的坐标位置a(x,y)；

2)将做好标记点的试样(1)安装在高速拉伸试验机上，将高速相机(2)对准试样(1)上标记点的区域，在试样(1)拉伸过程中进行全程拍照；

3)根据拍摄到的试样(1)高速拉伸变形过程图片，获得试样(1)相关区域内每一瞬间所有标记点的变形情况，将试样(1)上某一标记点a在高速拉伸过程中首次发生位移变化前一时刻的最后一帧图片记为第0帧图片，坐标记为a₀(x₀,y₀)，将标记点a在高速拉伸过程中首次发生位移变化时刻的图片记为第1帧图片，坐标记为a₁(x₀,y₁)，……，以此类推，将标记点a在高速拉伸过程中第i次发生位移变化时刻的图片记为第i帧图片，坐标记为a_i(x₀,y_i)，将标记点a在高速拉伸过程中最后一次发生位移变化时刻的图片记为第n帧图片，坐标记为a_n(x₀,y_n)，由于试验条件为单轴拉伸，故假设标记点的横坐标不发生变化；

4)按照公式(1)计算标记点a在第i帧时的变形量Δy_i：

Δy_i＝100×(y_i-y₀)/y₀ ％ (1)

5)统计标记点a在拉伸过程中的全部变形量Δy_i，绘制帧数i与变形量Δy_i的散点图，如果标记点a的全部变形量Δy_i的最大值max(Δy_i)<5％，且第n帧的变形量Δy_n<＝0.2％，则在第0帧图片上该标记点位置标记为弹性变形点；反之，如果标记点a的全部变形量Δy_i的最大值max(Δy_i)>＝5％，或者第n帧的变形量Δy_n>0.2％，则在第0帧图片上该标记点位置标记为塑性变形点；

6)重复步骤3)～5)，对试样(1)上其他标记点进行位置标记，将试样(1)上全部由弹性变形点构成的变形区域称为纯弹性变形区，全部由塑性变形点构成的变形区域称为塑性变形区；

7)依据第0帧图片上的标记找到试样(1)纯弹性变形区内纵向中心线上最靠近平行段的弹性变形点，沿该点作 平行于试样(1)底边的横线，从该点向左右各延伸等于应变片宽度一半的长度，如果所到之处均为纯弹性变形区，而未进入塑性变形区，则以此横线作为应变片贴片位置的上极限，如果所到之处至少有一个标记点为塑性变形点，则从纵向中心线上的下一个弹性变形点作 横线，直至所到之处均为纯弹性变形区，以该横线作为应变片贴片位置的上极限；

8)划出试样(1)纵向中心线，然后沿试样(1)纵向中心线划出上极限与纵向中心线的交点，并做出十字标记；

9)将应变片(3)上下两侧的定位标记均位于纵向中心线上，且靠近弧形段一侧的定位标记和步骤8)中做出的所述十字标记完全重合，粘贴固定好应变片(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，其特征在于：所述步骤1)中的网格化处理包括，将试样(1)置于十字标记刻划装置上，刻划出夹持段和弧形段区域内的纵向中心线，同时，从试样(1)底边开始，在夹持段至弧形段区域内的纵向中心线上等间距地刻划出若干短横线，横纵线的交点称为十字标记点，简称标记点，再以纵向中心线为对称轴，将标记点向左右等间距偏移，直至到达试样边缘。

3.根据权利要求1所述的一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法，其特征在于：针对同批次试样为2个以上情况，选取同批次的其他平行试样，重复步骤1)～步骤7)确定每一个平行试样上作为应变片贴片位置的个体上极限；将同批次平行试样中最靠近底边的一条个体上极限作为该批次每一个平行试样的公共上极限；最后按照步骤8)和步骤9)将应变片(3)粘贴固定在该批次每一个平行试样上。

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