CN109556974A - 一种板料平面内扭转测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试装置技术领域，尤其是指一种板料平面内扭转测试方法，该方法通过内部夹紧机构对待测试的板料的中心处进行夹紧固定，并通过外部夹紧机构对待测试的板料的外侧进行夹紧，然后利用转动机构带动外部夹紧机构进行转动，通过扭矩传感器测量出外部夹紧机构受到的扭矩M以后，根据扭矩M计算出板料受到的剪切应力τ，然后再根据摄像头排出的待测试的板料的应变图像计算应变数值，并记录下应变数值和剪切应力τ，从而为数值模拟分析提供准确的模拟参考值。同时本发明还提供了一种应用上述方法的测试装置，能够对待测试的板料进行夹紧，然后通过施加扭矩M后得出并记录待测试的板料所受到的剪切应力的应变数值。

Description

一种板料平面内扭转测试装置及方法

技术领域

本发明涉及测试装置技术领域，尤其是指一种板料平面内扭转测试装置及方法。

背景技术

在现代工业中，为了减少对于原材料的浪费，很多的材料性能测试都是采用数值模拟分析这一方式来进行的，即通过软件模拟材料的各种性能，然后通过该软件对模拟材料施加各种测试(如回弹测试和断裂测试)，由软件根据测试来反应材料经测试后的状态。

但是，目前的数值模拟分析，对于回弹测试的模拟结果却不尽如人意，即回弹测试的模拟结果与实际结果相差较大，因而这一类的测试需要结合现实中的测试结果进行数据收集，才能够模拟出误差更小的结果。

回弹测试的进行，常用的均包括拉-压测试、循环剪切测试和循环弯曲测试，但这类测试，均有着各种的不足，其中较为突出的是：在进行回弹测试时，难以确定材料的应力状态和应力图像。上述问题对于数值模拟分析所采集的结果影响较大，使得数值模拟分析无法准确模拟出测试结果。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供一种板料平面内扭转测试装置及方法，能够准确获得板料的剪切应力和应变图像，从而为数值模拟分析提供准确的参数参考。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种板料平面内扭转测试装置，包括控制装置、基座、用于夹持住待测试的板料顶部的外侧和底部的外侧的外部夹紧机构、用于驱动所述外部夹紧机构进行转动的转动机构、用于夹持住待测试的板料顶部的中心和底部的中心的内部夹紧机构、用于测量所述外部夹紧机构所受到的扭矩的扭矩测试机构、以及用于拍摄待测试的板料应变图像的摄像头，所述基座设置有龙门架，所述摄像头设置于所述龙门架，所述外部夹紧机构设置于所述基座并位于所述龙门架内，所述内部夹紧机构设置于所述基座和所述龙门架之间，所述扭矩测试机构和所述转动机构均设置于所述基座，所述扭矩测试机构设置于所述转动机构与所述外部夹紧机构之间，所述转动机构、所述扭矩测试机构和所述摄像头均与所述控制装置电连接。

进一步的，所述外部夹紧机构包括夹紧座和夹紧法兰，所述转动机构与所述夹紧座传动连接，所述夹紧法兰设置有第一突出部，所述夹紧座设置有第二突出部，所述第一突出部和所述第二突出部正对设置，所述第一突出部和所述第二突出部配合用于夹住待测试的板料；所述夹紧座与所述夹紧法兰通过螺丝连接。

进一步的，所述内部夹紧机构包括第一夹紧件和第二夹紧件，所述基座设置有固定柱，所述固定柱穿设于所述外部夹紧机构，所述第一夹紧件固定于所述固定柱的顶部，所述第二夹紧件固定于所述龙门架，所述第一夹紧件和所述第二夹紧件配合用于夹住待测试的板料。

更进一步的，所述基座设置有活动座、两条基轨和两条固定轨，基轨设置于所述基座，固定轨的两端分别连接于两条基轨的顶部，所述活动座设置于固定轨的底部，所述活动座位于两条基轨之间，所述活动座与两条基轨均通过螺丝连接；所述固定柱固定于所述活动座的顶部。

进一步的，所述转动机构包括伺服电机、涡轮和蜗杆，所述伺服电机设置于所述基座，所述蜗杆安装于所述伺服电机的转轴，所述蜗杆与所述涡轮啮合，所述涡轮固定连接于所述夹紧座的底部，所述伺服电机与所述控制装置电连接。

进一步的，所述扭矩测试机构包括扭矩传感器、上固定座和下固定座，所述扭矩传感器设置于所述上固定座和所述下固定座之间，所述外部夹紧机构、所述上固定座、所述扭矩传感器和所述下固定座通过螺丝连接，所述扭矩传感器与所述控制装置电连接。

本发明还提供了一种应用于上述的测试装置的板料平面内扭转测试方法，包括以下步骤：

a、通过外部夹紧机构夹持住待测试的板料顶部的外侧和底部的外侧；

b、利用内部夹紧机构夹住待测试的板料顶部中心和底部中心；

c、通过转动机构对外部夹紧机构施加扭矩，使得外部夹紧机构发生转动，同时内部夹紧机构不动；

d、由扭矩测试机构测量内部夹紧机构受到的扭矩M；

e、通过摄像头拍摄待测试的板料在受力状态下的应变图像，并根据应变图像计算出该待测试的板料的应变数值；

f、根据扭矩M，计算出待测试的板料各点所受到的剪切应力τ；

g、记录应变数值和剪切应力τ。

进一步的，在步骤f中，具体包括：根据公式算出在内部夹紧机构受到的扭矩为M时，待测试的板料所受到的剪切应力τ；其中s为待测试的板料的厚度，r为待测试时的板料的测试点到待测试的板料中心的半径距离。

进一步的，在步骤a前，还包括a’、在待测试的料板的上表面喷有油漆，油漆在待测试的料板上表面形成散斑团。

进一步的，在步骤e后，还包括：e’、把摄像头拍摄到的应变图像经数值图像处理方法处理后，得出待测试的板料的应变数值。

本发明的有益效果：本发明通过内部夹紧机构对待测试的板料的中心处进行夹紧固定，并通过外部夹紧机构对待测试的板料的外侧进行夹紧，然后利用转动机构带动外部夹紧机构进行转动，通过扭矩传感器测量出外部夹紧机构受到的扭矩M以后，根据扭矩M计算出板料受到的剪切应力τ，然后再根据摄像头排出的待测试的板料的应变图像计算应变数值，并记录下应变数值和剪切应力τ，从而为数值模拟分析提供准确的模拟参考值。

附图说明

图1为实施例1的示意图。

图2为实施例1的略去基座、龙门架和摄像头后的分解示意图。

图3为实施例1的略去基座、龙门架和摄像头后的剖视图。

图4为本发明的外部夹紧机构的示意图。

图5为本发明的固定柱、活动座、基轨和固定轨的示意图。

图6为外部夹紧机构和内部夹紧机构夹住待测试的板料时的示意图。

附图标记：1—基座，2—外部夹紧机构，3—转动机构，4—内部夹紧机构，5—扭矩测试机构，6—摄像头，7—角度传感器，8—龙门架，9—隔板，10—待测试的板料，11—固定柱，12—活动座，13—基轨，14—固定轨，21—夹紧座，22—夹紧法兰，31—伺服电机，32—涡轮，33—蜗杆，41—第一夹紧件，42—第二夹紧件，51—扭矩传感器，52—上固定座，53—下固定座，211—第二突出部，221—第一突出部。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种应用有实施例1所述的测试方法的板料平面内扭转测试装置，包括控制装置、基座1、用于夹持住待测试的板料10顶部的外侧和底部的外侧的外部夹紧机构2、用于驱动所述外部夹紧机构2进行转动的转动机构3、用于夹持住待测试的板料10顶部的中心和底部的中心的内部夹紧机构4、用于测量所述外部夹紧机构2所受到的扭矩的扭矩测试机构5、以及用于拍摄待测试的板料10应变图像的摄像头6，所述基座1设置有龙门架8，所述摄像头6设置于所述龙门架8，所述外部夹紧机构2设置于所述基座1并位于所述龙门架8内，所述内部夹紧机构4设置于所述基座1和所述龙门架8之间，所述扭矩测试机构5和所述转动机构3均设置于所述基座1，所述扭矩测试机构5设置于所述转动机构3和所述外部夹紧机构2之间，所述转动机构3、所述扭矩测试机构5和所述摄像头6均与所述控制装置电连接。

即在使用时，如图6所示，先利用外部夹紧机构2把待测试的板料10的顶部和底部外侧进行夹紧，然后利用内部夹紧机构4把待测试的板料10的顶部和底部的中心处进行夹紧；当转动机构3带动外部夹紧机构2进行转动时，扭矩测试机构5能够测得外部夹紧机构2所受到的扭矩M；由于内部夹紧机构4夹住待测试的板料10而使得待测试的板料10无法在竖直方向上发生形变，因此扭矩M的力可以通过实施例1的计算公式计算出板料各个点所受到的剪切应力τ；在待测试的板料10受到剪切应力τ而发生应变时，摄像头6可拍下待测试的板料10应变的图像并传输至控制装置中，由控制装置采用数值图像处理方法处理后得到待测试的板料10的应变数值；最后由控制装置把应变数值和剪切应力τ进行记录；使用者在测试完毕以后，可以把应变数值和剪切应力τ导入到进行数值模拟分析的软件中，从而为数值模拟分析提供准确的数值参考，便于数值模拟分析在对该待测试的板料10进行模拟分析试验时，能够模拟出更加准确的结果。

如图2、图3和图5所示，在本实施例中，所述外部夹紧机构2包括夹紧座21和夹紧法兰22，所述转动机构3与所述夹紧座21传动连接，所述夹紧法兰22设置有第一突出部221，所述夹紧座21设置有第二突出部211，所述第一突出部221和所述第二突出部211正对设置，所述第一突出部221和所述第二突出部211配合用于夹住待测试的板料10；所述夹紧座21与所述夹紧法兰22通过螺丝连接。即第一突出部221和第二突出部211把待测试的板料10夹持住以后，再通过锁螺丝的方式把夹紧座21和夹紧法兰22进行固定，从而保证了外部夹紧机构2对于待测试的板料10的准确性。

如图2和图3所示，在本实施中，所述内部夹紧机构4包括第一夹紧件41和第二夹紧件42，所述基座1设置有固定柱11，所述固定柱11穿设于所述外部夹紧机构2，所述第一夹紧件41固定于所述固定柱11的顶部，所述第二夹紧件42固定于所述龙门架8，所述第一夹紧件41和所述第二夹紧件42配合用于夹住待测试的板料10。通过固定的第一夹紧件41和第二夹紧件42，来对待测试的板料10进行夹持，从而避免待测试的板料10离外侧最远的点——中心点发生翘曲，还由于对中心点进行了夹紧固定，因此能够防止中心点与侧边之间的位置也发生翘曲，保证了扭矩M不会有部分力应用于待测试的板料10的翘曲中，从而提升了所计算出的剪切应力τ的准确度。

具体的，如图3和图5所示，所述基座1设置有活动座12、两条基轨13和两条固定轨14，基轨13设置于所述基座1，固定轨14的两端分别连接于两条基轨13的顶部，所述活动座12设置于固定轨14的底部，所述活动座12位于两条基轨13之间，所述活动座12与两条基轨13均通过螺丝连接；所述固定柱11固定于所述活动座12的顶部。通过活动座12、两条基轨13和两条固定轨14的设置，让使用者能够调整固定柱11的位置，从而保证设置于固定柱11的第一夹紧件41与固定于龙门架8的第二夹紧件42能够准确正对，保证了待测试的板料10顶部中心点和底部中心点被夹紧位置重合，使得待测试的板料10受力平衡。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述转动机构3包括伺服电机31、涡轮32和蜗杆33，所述伺服电机31设置于所述基座1，所述蜗杆33安装于所述伺服电机31的转轴，所述蜗杆33与所述涡轮32啮合，所述涡轮32固定连接于所述夹紧座21的底部，所述伺服电机31与所述控制装置电连接。伺服电机31能够准确带动外部夹紧机构2转动适合的角度，而涡轮32和蜗杆33的配合，则是能够准确地把伺服电机31转动的角度来传动给外部夹紧机构2转动一样的角度。优选的，可以在涡轮32与夹紧座21之间设置有角度传感器7，该角度传感器7与控制装置电连接，从而更加精确地获知夹紧座21所转动的角度。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述扭矩测试机构5包括扭矩传感器51、上固定座52和下固定座53，所述扭矩传感器51设置于所述上固定座52和所述下固定座53之间，所述外部夹紧机构2、所述上固定座52、所述扭矩传感器51和所述下固定座53通过螺丝连接，所述扭矩传感器51与所述控制装置电连接。通过上固定座52和下固定座53配合，实现了扭矩传感器51与夹紧座21的连接，使得扭矩传感器51能够更加准确地测试出该夹紧座21所受到的扭矩M。

具体的，如图2和图3所示，在上固定座52和夹紧座21之间设置有隔板9，通过该隔板9来连接固定座52和夹紧座21，使得固定座52和夹紧座21的连接更为稳定。

实施例2

本实施例提供了一种应用有实施例1所述的板料平面内扭转测试方法，包括以下步骤：

a、通过外部夹紧机构2夹持住待测试的板料10顶部的外侧和底部的外侧；

b、利用内部夹紧机构4夹住待测试的板料10顶部中心和底部中心；

c、通过转动机构3对外部夹紧机构2施加扭矩，使得外部夹紧机构2发生转动，同时内部夹紧机构4不动；

d、由扭矩测试机构5测量内部夹紧机构4受到的扭矩M；

e、通过摄像头6拍摄待测试的板料10在受力状态下的应变图像，并根据应变图像计算出该待测试的板料10的应变数值；

f、根据扭矩M，计算出待测试的板料10各点所受到的剪切应力τ；

g、记录应变数值和剪切应力τ。

本发明通过内部夹紧机构4对待测试的板料10的中心处进行夹紧固定，并通过外部夹紧机构2对待测试的板料10的外侧进行夹紧，然后利用转动机构3带动外部夹紧机构2进行转动，通过扭矩传感器51测量出外部夹紧机构2受到的扭矩M以后，根据扭矩M计算出板料受到的剪切应力τ，然后再根据摄像头6排出的待测试的板料10的应变图像计算应变数值，并记录下应变数值和剪切应力τ，从而为数值模拟分析提供准确的模拟参考值。即通过本发明对待测试的板料10进行测试，能够收集到准确的该待测试的板料10“剪切应力τ与应变数值”之间的关系曲线，把该数值输入至数值模拟分析所用到的软件以后，便于该软件以后对于此次待测试的板料10的进行回弹模拟时，能够得出较为准确的结果。

在本实施例中，在步骤f中，具体包括：待测试的板料10的形状为圆形，根据公式算出在内部夹紧机构4受到的扭矩为M时，待测试的板料10所受到的剪切应力τ；其中s为待测试的板料10的厚度，r为待测试时的板料的测试点到待测试的板料10中心的半径距离。通过上述公式，能够算出待测试的板料10被外部夹紧机构2所夹住的位置所受到的剪切应力τ。

在本实施例中，在步骤a前，还包括a’、在待测试的料板的上表面喷有油漆，油漆在待测试的料板上表面形成散斑团。具体的，即油漆的颜色与待测试的板料10的底色最好有较为明显的对比，例如：在该待测试的板料10上喷涂白色底漆，然后再喷涂黑色油漆作为形成散斑团，这样子当待测试的板料10受到剪切应力τ而发生扭曲时，摄像头6能够更为清晰、显著地拍到应变图像，从而得出更加准确的应变数值。

在本实施例中，在步骤e后，还包括：e’、把摄像头6拍摄到的应变图像经数值图像处理方法处理后，得出待测试的板料10的应变数值。通过数值图像处理方法处理摄像头6拍摄的图像，能够得出的应变数值更加准确。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种板料平面内扭转测试装置，其特征在于：包括控制装置、基座、用于夹持住待测试的板料顶部的外侧和底部的外侧的外部夹紧机构、用于驱动所述外部夹紧机构进行转动的转动机构、用于夹持住待测试的板料顶部的中心和底部的中心的内部夹紧机构、用于测量所述外部夹紧机构所受到的扭矩的扭矩测试机构以及用于拍摄待测试的板料应变图像的摄像头，所述基座设置有龙门架，所述摄像头设置于所述龙门架，所述外部夹紧机构设置于所述基座并位于所述龙门架内，所述内部夹紧机构设置于所述基座和所述龙门架之间，所述扭矩测试机构和所述转动机构均设置于所述基座，所述扭矩测试机构设置于所述转动机构与所述外部夹紧机构之间，所述转动机构、所述扭矩测试机构和所述摄像头均与所述控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的板料平面内扭转测试装置，其特征在于：所述外部夹紧机构包括夹紧座和夹紧法兰，所述转动机构与所述夹紧座传动连接，所述夹紧法兰设置有第一突出部，所述夹紧座设置有第二突出部，所述第一突出部和所述第二突出部正对设置，所述第一突出部和所述第二突出部配合用于夹住待测试的板料；所述夹紧座与所述夹紧法兰通过螺丝连接。

3.根据权利要求1所述的板料平面内扭转测试装置，其特征在于：所述内部夹紧机构包括第一夹紧件和第二夹紧件，所述基座设置有固定柱，所述固定柱穿设于所述外部夹紧机构，所述第一夹紧件固定于所述固定柱的顶部，所述第二夹紧件固定于所述龙门架，所述第一夹紧件和所述第二夹紧件配合用于夹住待测试的板料。

4.根据权利要求3所述的板料平面内扭转测试装置，其特征在于：所述基座设置有活动座、两条基轨和两条固定轨，基轨设置于所述基座，固定轨的两端分别连接于两条基轨的顶部，所述活动座设置于固定轨的底部，所述活动座位于两条基轨之间，所述活动座与两条基轨均通过螺丝连接；所述固定柱固定于所述活动座的顶部。

5.根据权利要求1所述的板料平面内扭转测试装置，其特征在于：所述转动机构包括伺服电机、涡轮和蜗杆，所述伺服电机设置于所述基座，所述蜗杆安装于所述伺服电机的转轴，所述蜗杆与所述涡轮啮合，所述涡轮固定连接于所述夹紧座的底部，所述伺服电机与所述控制装置电连接。

6.根据权利要求1所述的板料平面内扭转测试装置，其特征在于：所述扭矩测试机构包括扭矩传感器、上固定座和下固定座，所述扭矩传感器设置于所述上固定座和所述下固定座之间，所述外部夹紧机构、所述上固定座、所述扭矩传感器和所述下固定座通过螺丝连接，所述扭矩传感器与所述控制装置电连接。

7.一种应用于权利要求1-6任意一项所述的测试装置的板料平面内扭转测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、通过外部夹紧机构夹持住待测试的板料顶部的外侧和底部的外侧；

b、利用内部夹紧机构夹住待测试的板料顶部中心和底部中心；

c、通过转动机构对外部夹紧机构施加扭矩，使得外部夹紧机构发生转动，同时内部夹紧机构不动；

d、由扭矩测试机构测量内部夹紧机构受到的扭矩M；

e、通过摄像头拍摄待测试的板料在受力状态下的应变图像，并根据应变图像计算出该待测试的板料的应变数值；

f、根据扭矩M，计算出待测试的板料各点所受到的剪切应力τ；

g、记录应变数值和剪切应力τ。

8.根据权利要求7所述的板料平面内扭转测试方法，其特征在于：在步骤f中，具体包括：根据公式算出在内部夹紧机构受到的扭矩为M时，待测试的板料所受到的剪切应力τ；其中s为待测试的板料的厚度，r为待测试时的板料的测试点到待测试的板料中心的半径距离。

9.根据权利要求7所述的板料平面内扭转测试方法，其特征在于：在步骤a前，还包括a’、在待测试的料板的上表面喷有油漆，油漆在待测试的料板上表面形成散斑团。

10.根据权利要求7所述的板料平面内扭转测试方法，其特征在于：在步骤e后，还包括：e’、把摄像头拍摄到的应变图像经数值图像处理方法处理后，得出待测试的板料的应变数值。