CN109916718B - 适用于dcpd板件的动刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于DCPD板件的动刚度测量装置，其包括计算机系统、载荷输出单元、振动频率输出单元、位移测量单元、载荷力测量单元以及DCPD板件夹持单元；在测量时，将DCPD板件夹持在DCPD板件夹持单元上，然后通过载荷输入单元对DCPD板件加载压力，同时通过振动频率输出单元对DCPD板件加载振动频率，根据载荷力测量单元测量获得DCPD板件所受的加载力与时间的变化关系F(t)，将力与位移转化为复数形式上的函数关系F(w)和X(w)，根据公式Z＝F(w)/X(w)为DCPD板件动刚度；计算得出DCPD板件在不同载荷力和不同振动频率下的动刚度，从而给DCPD材料的推广应用带来了便利。

Description

适用于DCPD板件的动刚度测量装置

技术领域

本发明涉及一种适用于DCPD板件的动刚度测量装置。

背景技术

汽车轻量化是降低汽车能耗的重要途径，而应用新型轻质吸能材料以减轻车体重量的研究方案颇受重视。DCPD是具有高强度、高密度的新型轻质材料，由于优异的力学特性，具有应用于汽车覆盖件以实现车身轻量化的前景。由于汽车在行驶的过程中，发动机工作或路面颠簸会引起车架及其车身覆盖件振动，在动载荷的作用下，DCPD的动刚度会发生变化而相比静刚度降低。而一旦输入的频率与覆盖件的固有频率接近或相等，会导致覆盖件共振而动刚度大幅降低，甚至覆盖件受到破坏，影响车身的整体安全性能以及汽车的行驶安全。目前市面上还没有测试DCPD材料动刚度的实验设备，给DCPD材料的推广应用带来了不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于DCPD板件的动刚度测量装置，解决上述现有技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种适用于DCPD板件的动刚度测量装置，其包括计算机系统、载荷输出单元、振动频率输出单元、位移测量单元、载荷力测量单元以及DCPD板件夹持单元；其中,位移测量单元和载荷力测量单元分别设置在DCPD板件夹持单元上；载荷输出单元、振动频率输出单元、位移测量单元以及载荷力测量单元均与计算机系统数据连接。

这样，在测量时，将DCPD板件夹持在DCPD板件夹持单元上，然后通过载荷输入单元对DCPD板件加载压力，同时通过振动频率输出单元对DCPD板件加载振动频率，根据载荷力测量单元测量获得DCPD板件所受的加载力与时间的变化关系F(t)，然后通过位移测量单元可以获得DCPD板件在加载力的作用下所产生的形变位移与时间数据的变化关系X(t)，并由通过计算机系统进行傅里叶变换，将力与位移转化为复数形式上的函数关系F(w)和X(w)，根据公式Z＝F(w)/X(w)为DCPD板件动刚度；然后通过计算机系统来控制振动频率输出单元所施加在DCPD板件上的振动频率的变化，然后通过计算机系统转换获得力与频率的函数关系和位移与频率的函数关系。最后，计算得出DCPD板件在不同载荷力和不同振动频率下的动刚度，从而给DCPD材料的推广应用带来了便利。

在一些实施方式中，DCPD板件夹持单元包括支撑定平台、移动支撑台、约束固定座、第一锁紧件和固定夹持头；其中，支撑定平台上开设有滑动轨道，移动支撑台的底部设有与滑动轨道适配的滑块，约束固定座套设在移动支撑台上，第一锁紧件将约束固定座锁紧在移动支撑台上；固定夹持头设置在约束固定座上。

在一些实施方式中，还包括第二锁紧件和受力板，固定夹持头开设有夹持槽，夹持槽的侧面上开设有安装孔，载荷力测量单元安装在安装孔内，受力板设置于夹持槽内，且受力板的第一侧与载荷力测量单元靠齐；第二锁紧件螺纹连接在固定夹持头上，第二锁紧件延伸到夹持槽内且与受力板的第二侧相对立。

在一些实施方式中，还包括伺服电机，伺服电机安装在约束固定座上，固定夹持头安装在伺服电机的电机轴上。

在一些实施方式中，还包括刻度盘和指示针，刻度盘设置于固定夹持头的朝向伺服电机的那一侧上，并且刻度盘与伺服电机的电机轴同轴设置，指示针设置在约束固定座上并且与刻度盘配套设置。

在一些实施方式中，位移测量单元为激光位移传感器，激光位移传感器安装在固定夹持头上，且激光位移传感器的激光头与夹持槽对应设置。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的适用于DCPD板件的动刚度测量装置的示意图；

图2为图1中A处的局部示意图；

图3为图1中约束固定座和固定夹持头的连接细节局部示意图；

图4为图1中约束固定座的轴侧示意图；

图5为图1中固定夹持头的轴侧示意图；

图6为本发明在测量垂直方向时装置限位姿态的立体结构示意图；

图7为图1中载荷输出单元的内部剖面图。

附图标号：

1.支撑定平台，2.位移测量单元，3.载荷输出单元，4.约束固定座，5.移动支撑台，2-2.拉压传感器，2-3.受力板，3-1.载荷顶杆，3-2.励磁线圈，3-3.回复弹簧，3-4.动线圈，4-1.螺栓安装座，4-2.第二锁紧螺栓，4-3.立柱，4-5.固定夹持头，4-6.固定座，4-7.伺服电机，4-8.固定螺栓，4-9.连接螺栓，4-10.第二锁紧件，4-11.第一锁紧件，4-4-1.支撑固定孔，4-4-2.电机固定孔，4-4-3.伺服电机装配孔，4-5-1.刻度盘，4-5-2.安装孔，4-5-3.锁紧螺栓孔，4-5-4.传感器安装孔，4-7-1.指示针，5-1.螺栓固定夹持头，5-2.第一锁紧螺栓

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1至图3示意性的显示了本发明一种实施方式的适用于DCPD板件的动刚度测量装置的结构。

如图1、图2和图3所示，该适用于DCPD板件的动刚度测量装置包括计算机系统、载荷输出单元3、振动频率输出单元、位移测量单元2、载荷力测量单元以及DCPD板件夹持单元；其中,位移测量单元2和载荷力测量单元分别设置在DCPD板件夹持单元上；载荷输出单元3、振动频率输出单元、位移测量单元2以及载荷力测量单元均与计算机系统数据连接。

工作原理，将DCPD板件夹持在DCPD板件夹持单元上，然后通过载荷输入单元3对DCPD板件加载压力，同时通过振动频率输出单元对DCPD板件加载振动频率，根据载荷力测量单元(即本实施例中的拉压传感器2-2)测量获得DCPD板件所受的加载力与时间的变化关系F(t)，然后通过位移测量单元2(即本实施例中的激光位移传感器)可以获得DCPD板件在加载力的作用下所产生的形变位移与时间数据的变化关系X(t)，并由通过计算机系统进行傅里叶变换，将力与位移转化为复数形式上的函数关系F(w)和X(w)，根据公式Z＝F(w)/X(w)为DCPD板件动刚度；然后通过计算机系统来控制振动频率输出单元所施加在DCPD板件上的振动频率的变化，然后通过计算机系统转换获得力与频率的函数关系和位移与频率的函数关系。最后，计算得出DCPD板件在不同载荷力和不同振动频率下的动刚度，从而给DCPD材料的推广应用带来了便利。

支撑定平台1作为支撑基体位于底部，内部安装了载荷输出单元3，移动支撑台5位于支撑定平台1上面，通过滑动轨道与支撑定平台1相配合，约束固定座4通过滑动轨道与移动支撑台5相配合，位移测量单元2装配在固定夹持头4-5上，计算系统是装置配套的辅助系统。

参照图2所示，移动支撑台5是实现待测DCPD板件夹紧位置的调整，立柱4-3是实现待测DCPD板件夹紧位置在高度方向上的调整，根据两者共同的位置调整，对待测DCPD板件的夹持点可以在水平面内自由调整，尽可能实现夹持点的平稳。移动支撑台5设置螺栓固定夹持头5-1，第一锁紧螺栓5-2通过施加在支撑定平台1和移动支撑台5上的压紧力进行固定。移动支撑台5的上端分别设置与4个立柱4-3相配合的滑动导轨，允许立柱4-3沿轨道方向自由滑动。立柱4-3下端设置螺栓安装座4-1与移动支撑台5的接触面通过第二锁紧螺栓4-2的压紧力进行固定。

参照图3所示，约束固定座4是通过第一锁紧件4-11与约束固定座4固定孔相配合固定位置。图中伺服电机4-7通过固定螺栓4-8装配于约束固定座4后端，电机轴安装方形座支撑固定夹持头4-5并驱动固定夹持头4-5转动，保证测量装置能测量多方向的动刚度。在固定夹持头4-5上设置位移测量单元2，位移测量单元2的具体类型为激光位移传感器，约束固定座4内部设置安装孔4-5-2与拉压传感器2-2配合，约束固定座4上端设置传感器安装孔4-5-4与激光位移传感器配合。其中激光位移传感器为德国attocube公司的IDS 3010型号，拉压传感器2-2为常州瑞尔特有限公司的T199型号。拉压传感器2-2设置受力板2-3，通过螺栓与拉压传感器2-2相连接。受力板2-3两侧面分别与传感器别和板件接触，用于均匀接受板件传来的输出力F，并较少衰减地传到拉压传感器2-2，测量得到系统受力与时间的变化函数F(t)。

参照图4所示，约束固定座4的前端设置能配合在立柱4-3上的滑动轨道槽，并在前端表面加工支撑固定孔4-4-1，通过锁紧螺栓3压紧立柱4-3以固定约束固定座4的高度。的约束固定座4后端设置伺服电机装配孔4-4-3，通过固定螺栓4-8固定伺服电机4-7，伺服电机4-7通过固定螺栓4-8配合于电机固定孔4-4-2，固定夹持头4-5设置锁紧螺栓孔4-5-3与第二锁紧件4-10相配合来固定待测DCPD板件。

参照图5所示，固定夹持头4-5是实现板件在水平方向上的约束的主要固定装置，固定座4-6是在测量垂直方向时的辅助固定装置。固定夹持头4-5的后端设置电机轴固定孔，接收伺服电机4-7的动力，固定夹持头4-5后端表面设置刻度盘4-5-1，固定夹持头4-5后端设置刻度盘4-5-1，与伺服电机4-7电机轴设置的指示针4-7-1相配合，显示固定夹持头4-5转动的角度，固定夹持头4-5内部中间设置安装孔4-5-2用于固定拉压传感器2-2，上端设置两个锁紧螺栓固定孔4-5-3和传感器安装孔4-5-4，第二锁紧件4-10通过锁紧螺栓固定孔相配合固定测试DCPD板件的位置。固定座4-6通过连接螺栓4-9与固定夹持头4-5连接，固定座4-6内部设置传感器安装孔4-5-4用于固定激光位移传感器，侧面设置锁紧螺栓孔4-5-3通过第二锁紧件4-10相配合固定测试DCPD板件的位置。

参照图6所示，在该实施例中，将同侧的固定夹持头4-5放置到同一立柱4-3上，立柱4-3移动到中间附近位置。通过计算机系统的控制，伺服电机4-7驱动两对固定夹持头4-5转动90°，固定座4-6安装于位于上方的固定夹持头4-5的上侧，而安装于位于下方的固定夹持头4-5的下侧，通过连接螺栓4-9配合，固定座4-6上的第二锁紧件4-10对待测DCPD板件进行约束。通过载荷输入单元3对DCPD板件加载，根据数据采集系统中拉压传感器2-2获得力与时间的变化关系F(t)，激光位移传感器可以获得位移与时间数据的变化关系X(t)，并由通过软件进行傅里叶变换，将力与位移转化为复数形式上的函数关系F(w)和X(w)，根据公式Z＝F(w)/X(w)为DCPD板件动刚度。

支撑定平台1表面设置有滑动轨道槽，移动支撑台5的下端加工有与滑槽相配合的导轨，4个移动支撑台5通过滑动轨道安装在支撑定平台1上，允许移动支撑台5在y方向移动调整。移动支撑台5与支撑定平台1的接触面通过第一锁紧螺栓5-2的压紧力进行固定。移动支撑台5的上端分别设置与4个约束固定座4相配合的滑动导轨，允许约束固定座4在x方向移动调整。约束固定座4两侧有螺孔座，约束固定座4与移动支撑台5的接触面通过第二锁紧螺栓4-2的压紧力进行固定。

参照图7所示，载荷顶杆3-1通过回复弹簧3-3悬置安装在系统内，励磁线圈3-2在恒定电流中产生恒定磁场，将交变电流通入动线圈3-4，使线圈在给定的恒定磁场中受电磁激励力的作用而产生振动，带动载荷顶杆3-1做往复运动，获得预期的振动。

详细地，在本实施例中，DCPD板件夹持单元包括支撑定平台1、移动支撑台5、约束固定座4、第一锁紧件4-11和固定夹持头4-5；其中，支撑定平台1上开设有滑动轨道，移动支撑台5的底部设有与滑动轨道适配的滑块，约束固定座4套设在移动支撑台5上，第一锁紧件4-11将约束固定座4锁紧在移动支撑台5上；固定夹持头4-5设置在约束固定座4上。

在本实施例中，还包括第二锁紧件4-10和受力板2-3，固定夹持头4-5开设有夹持槽，夹持槽的侧面上开设有安装孔4-5-2，载荷力测量单元安装在安装孔4-5-2内，受力板2-3设置于夹持槽内，且受力板2-3的第一侧与载荷力测量单元靠齐；第二锁紧件4-10螺纹连接在固定夹持头4-5上，第二锁紧件4-10延伸到夹持槽内且与受力板2-3的第二侧相对立。

在本实施例中，还包括伺服电机4-7，伺服电机4-7安装在约束固定座4上，固定夹持头4-5安装在伺服电机4-7的电机轴上。

在本实施例中，还包括刻度盘4-5-1和指示针4-7-1，刻度盘4-5-1设置于固定夹持头4-5的朝向伺服电机4-7的那一侧上，并且刻度盘4-5-1与伺服电机4-7的电机轴同轴设置，指示针4-7-1设置在约束固定座4上并且与刻度盘4-5-1配套设置。

在本实施例中，位移测量单元2为激光位移传感器，激光位移传感器安装在固定夹持头4-5上，且激光位移传感器的激光头与夹持槽对应设置。

与现有技术相比本发明取得的有益效果是：结构简单、功能明确，采用电动振动电机装置产生正弦信号的振动频率，相比液压更为简洁，能耗更低。通过滑动轨道的位置调整，约束固定座可以合理固定不同形状和尺寸的部件；凭借伺服电机4-7的角度转动使固定座保持在水平位置时，令板料中性面与平台及基面保持平行，在激励力下可测得Z方向的动刚度；调节伺服电机的角度转动使固定座保持在垂直位置时，令板料中性面与平台及基面保持垂直，在激励力下可测得X及Y方向的动刚度；可以测试DCPD覆盖件或板件的阻尼比。载荷顶杆输出的是正弦波，力的大小是变化的，F＝F0sin(wt)，激光传感器发射激光到表面，反射到激光传感器上，根据反射时间的变化，可以得到板件的相对变化。对于本测量装置平台，设支撑定平台的滑轨方向是Y方向，设移动支撑台的滑轨方向为X方向，设立柱上端的滑轨移动方向是Z方向。

本发明测试结果准确，通过计算机系统平台对测量过程进行监控和数据采集，并对其数据分析和结果计算，计算机能控制伺服电机4-7的转动调整约束固定座的夹持角度，实现调整测试方向。应用高精度高运算速度的数据采集器，能迅速采集实时传感器的数据。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.适用于DCPD板件的动刚度测量装置，其特征在于，包括计算机系统、载荷输出单元、振动频率输出单元、位移测量单元、载荷力测量单元以及DCPD板件夹持单元；

其中,所述位移测量单元和所述载荷力测量单元分别设置在所述DCPD板件夹持单元上；

所述载荷输出单元、振动频率输出单元、位移测量单元以及载荷力测量单元均与所述计算机系统数据连接；所述DCPD板件夹持单元包括支撑定平台、移动支撑台、约束固定座、第一锁紧件和固定夹持头；

其中，所述支撑定平台上开设有滑动轨道，所述移动支撑台的底部设有与所述滑动轨道适配的滑块，所述约束固定座套设在移动支撑台上，所述第一锁紧件将所述约束固定座锁紧在所述移动支撑台上；

所述固定夹持头设置在所述约束固定座上；

还包括第二锁紧件和受力板，所述固定夹持头开设有夹持槽，所述夹持槽的侧面上开设有安装孔，所述载荷力测量单元安装在所述安装孔内，所述受力板设置于夹持槽内，且受力板的第一侧与载荷力测量单元靠齐；所述第二锁紧件螺纹连接在所述固定夹持头上，第二锁紧件延伸到所述夹持槽内且与受力板的第二侧相对立；

还包括伺服电机，所述伺服电机安装在所述约束固定座上，所述固定夹持头安装在伺服电机的电机轴上；还包括刻度盘和指示针，所述刻度盘设置于所述固定夹持头的朝向所述伺服电机的那一侧上，并且刻度盘与伺服电机的电机轴同轴设置，所述指示针设置在所述约束固定座上并且与所述刻度盘配套设置。

2.根据权利要求1所述的适用于DCPD板件的动刚度测量装置，其特征在于，所述位移测量单元为激光位移传感器，所述激光位移传感器安装在所述固定夹持头上，且激光位移传感器的激光头与所述夹持槽对应设置。