CN111855382A - 材料载荷位移检测方法及装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

材料载荷位移检测方法及装置、计算机设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种材料载荷位移检测方法及装置、计算机设备及存储介质，该方法为：通过材料试验机对材料检测后得到载荷位移数对序列，将序列中起始部分有误差的数据丢弃，绘制载荷位移曲线图，然后计算采样区间段内的数据在曲线上对应位置上的斜率的均值，在曲线起始点按照该均值反向延伸直至和横轴相交，再将曲线平移至该相交点与坐标原点重合，得到标准的载荷位移曲线。还可以再由此计算各个关键点的应力应变数据，得到应力应变图。经过这种处理后，能获得标准的载荷位移曲线，并且计算得到力学性能数值也更准确。

Description

材料载荷位移检测方法及装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明属于材料性能测试领域，具体涉及材料的载荷位移检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
现有技术在材料试验机上做材料荷载检测时，获得的载荷位移曲线的起始点都不在坐标原点，按照材料力学性能测试的有关标准，曲线的起始点应该与坐标原点重合，现有处理方式是将坐标系水平和/或垂直移动，使坐标原点与曲线起始点重合。这种方式会升高或降低载荷位移数据的值，特别会影响到关键点的位移值，使得计算的性能指标结果产生误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能准确反映材料的载荷位移性能的检测方法及装置、计算机设备及存储介质。
本发明提供了一种材料载荷位移检测方法，包括如下步骤：
S10，将需检测的材料放入材料试验机中进行检测，获得该材料的载荷位移数对序列；
S20，去除载荷位移数对序列开始部分的多个载荷位移数对得到处理后的载荷位移数对序列；
S30，根据处理后的载荷位移数对序列绘制载荷位移曲线；
S40，获得处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值，该序列的载荷位数对中的位移数据位于该最大值的设定范围以内的形成采样区间，该采样区间内的载荷位移数对形成采样数据，计算采样数据中任意两个载荷位移数对连成的直线的斜率，将这些斜率的均值作为平均斜率；
S50，在曲线起始点采用此平均斜率作反向延伸，直至曲线与横轴相交；
S60，将曲线横向平移，使得曲线与横轴交点与坐标原点重合，得到标准载荷位移曲线。
在其中一个实施例中，将所述载荷位移数对序列开始部分靠前的设定数量的数据丢弃得到处理后的载荷位移数对序列。
在其中一个实施例中，处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值的3％至15％范围形成所述采样区间。
在其中一个实施例中，所述的采样数据为位于所述采样区间内的任意三个载荷位移数对。
在其中一个实施例中，对材料的所述检测包含对材料的拉伸、压缩、弯曲、扭转和剪切。
在其中一个实施例中，根据获得的标准载荷位移曲线进行计算，获得材料的强度和刚度。
在其中一个实施例中，对所述处理后的载荷位移数对序列中每个载荷位移数对进行换算，得到对应的应力和应变值，形成应力应变数对序列；根据该应力和应变数对序列得到应力应变图。
本发明还提供了一种应用材料载荷位移检测方法的检测装置，包括：
采集模块，对需检测的材料在材料试验机进行载荷位移检测，获得该材料的载荷位移数对序列；
数据处理模块，去除载荷位移数对序列开始部分的多个载荷位移数对得到处理后的载荷位移数对序列；
绘图模块，根据处理后的载荷位移数对序列绘制载荷位移曲线；
图像处理模块，获得处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值，该序列的载荷位数对中的位移数据位于该最大值的设定范围以内的形成采样区间，该采样区间内的载荷位移数对形成采样数据，计算采样数据中任意两个载荷位移数对连成的直线的斜率，将这些斜率的均值作为平均斜率，在曲线起始点采用此平均斜率作反向延伸，直至曲线与横轴相交，将曲线横向平移，使得曲线与横轴交点与坐标原点重合，得到最终结果即标准载荷位移曲线。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例的材料载荷位移检测方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的材料载荷位移检测方法的步骤。
本发明所提供的技术方案具有以下的优点及效果：
该方法通过去掉通过检测得到的载荷位移数对序列初始段的多个载荷位移数对，防止由于抖动产生的初始段数据误差影响检测数据，并计算初始段的设定采样区间内的采样数据的平均斜率作为载荷位移曲线起始点反向延伸的斜率。由于初始段的平均斜率更接近初始点斜率，以初始段平均斜率反向延伸的获得的载荷位移曲线也就更接近实际曲线，后续计算力学性能所得数值也更准确、得到的应力应变图形也更真实客观。
附图说明
此处的附图，示出了本发明所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本发明的技术方案、原理及效果。
除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。
图1是实施例的材料载荷位移检测方法的流程图；
图2是实施例的计算机设备示意图；
图3是实施例的初始载荷位移曲线；
图4是实施例的初始应力应变曲线；
图5是实施例的应力应变曲线对照图；
图6是实施例的最终应力应变图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1所示，本申请的材料载荷位移检测方法，包括以下步骤：
S10、把需测试的材料放入材料试验机中进行检测，获得该材料的载荷位移数对序列，材料的检测包含对材料的拉伸、压缩、弯曲、扭转和剪切等各种对材料施加负荷来检测其产生应变的试验；
S20、去除获得的载荷位移数对序列开始部分的5个载荷位移数对得到处理后的载荷位移数对序列，去除前5个数对，可以防止由于抖动产生的初始段数据误差影响测验结果，当然由于检测条件等不同，可能会导致初始段数据误差个数略有不同；
S30、根据处理后的载荷位移数对序列绘制载荷位移曲线，如图3所示，曲线横坐标为材料产生的位移，纵坐标为施加在材料上的载荷，由图3可以看出此时得到的曲线起始点并不在坐标原点；
S40、获得处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值，该序列的载荷位移数对中的位移数据位于该最大值的3％至15％范围以内设为采样区间，该采样区间内的任意三个载荷位移数对作为采样数据。计算采样数据中任意两个载荷位移数对连成的直线的斜率，将这些斜率的均值作为平均斜率；
S50、在曲线起始点采用此平均斜率曲线作反向延伸，直至曲线与横轴相交，这样处理后能使得该载荷位移曲线更加接近标准的载荷位移曲线；
S60、将曲线横向平移，使得曲线与横轴相交点与坐标原点重合，获得标准载荷位移曲线。
在获得标准载荷位移曲线的基础上，还可以进一步获得材料的应力应变性能，比如材料的强度和刚度、应力应变曲线图等，采取的步骤如下：
1、计算标准载荷位移曲线相应的载荷位移数对序列中每个载荷位移数对所对应的应力和应变值形成应力应变数对序列，应力应变数对中的应变来源于载荷位移数对中的位移、应力来源于载荷，载荷位移数对转变为应力应变数对操作包括：
f2[，y]＝f1[，y]*9.8。
2、根据应力和应变数对序列得到如图6所示的应力应变图。
这种方法由于是对标准载荷曲线对应的载荷位移数对序列作处理，得到的应力应变数对序列，所以得到的应力应变图如图6所示，和标准载荷位移曲线一样起始点在坐标原点，是标准的应力应变图。
也可以在材料载荷位移检测方法的步骤S20之后，只需要用如下处理过程代替步骤S30：计算处理后的载荷位移数对序列中的每个载荷位移数对所对应的应力和应变值，直接绘制载荷位移曲线。如图4所示，此时的载荷位移曲线的起始点也不在坐标原点。经过上述步骤替换后，载荷位移数对序列就变成应力应变数对序列，应力应变数数对的应力对应于载荷位移数对的载荷、应变对应于位移；后续的步骤中涉及的载荷位移数对序列相应为应力应变数对序列、载荷位移曲线相应为应力应变曲线，对数对序列的操作和曲线的处理方法和过程是一样的，在此不再赘述。如图5的应力应变曲线对照图所示，虚线表示的是初始的应力应变曲线，经过取平均斜率、曲线平移等步骤后获得起始点在坐标原点的应力应变曲线，如图5中实线表示的应力应变曲线。相应地在步骤S60中就直接获得了该材料的应力应变曲线，该应力应变曲线如图6所示。以下示出初始的载荷位移数对经过处理后变成的最终应力应变数对的部分数据：
Figure BDA0002606483610000061
使用该材料载荷位移检测方法得到的载荷位移曲线和应力应变曲线之所以能消除数据检测的误差，得到真实标准的结果，其主要是通过去掉了数据初始段的5个点，防止由于抖动产生的初始段数据误差影响到检测数据，并且通过在去除干扰数据后的初始段采样，获得初始段的平均斜率作为初始点反向延伸的斜率，这样一来初始段的斜率就接近于初始点斜率，以初始段斜率反向延伸的曲线也就接近标准曲线，这样能准确反映出来该材料的力学性能。
本申请还提供了一种应用材料载荷位移检测方法的检测装置，该装置包括：
采集模块，对需检测的材料在材料试验机进行载荷位移检测，获得该材料的载荷位移数对序列；数据处理模块，去除获得的载荷位移数对序列开始部分的5个载荷位移数对得到处理后的载荷位移数对序列；
绘图模块，根据处理后的载荷位移数对序列绘制载荷位移曲线；
图像处理模块，获得处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值，该序列的载荷位移数对中的位移数据位于该最大值的3％至15％范围以内的形成采样区间，该采样区间内的任意三个载荷位移数对形成采样数据，计算采样数据中任意两个载荷位移数对连成的直线的斜率，将这些斜率的均值作为平均斜率，在曲线起始点采用此平均斜率作反向延伸，直至曲线与横轴相交，将曲线横向平移，使得曲线与横轴交点与坐标原点重合，得到标准载荷位移曲线。
该检测装置同样也可以按照前述获得应力应变曲线的方法在数据处理模块对载荷位移数对序列作相应变换得到应力应变数对序列就可以实现。
上述基于材料载荷位移检测方法的检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图2所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种材料载荷位移检测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种材料载荷位移检测方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述载荷位移数据处理方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。据此，在一个实施例中还提供一种计算机存储介质计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种载荷位移数据处理方法。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.材料载荷位移检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10，将需检测的材料放入材料试验机中进行检测，获得该材料的载荷位移数对序列；
S20，去除载荷位移数对序列开始部分的多个载荷位移数对得到处理后的载荷位移数对序列；
S30，根据处理后的载荷位移数对序列绘制载荷位移曲线；
S40，获得处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值，该序列的载荷位数对中的位移数据位于该最大值的设定范围以内的形成采样区间，该采样区间内的载荷位移数对形成采样数据，计算采样数据中任意两个载荷位移数对连成的直线的斜率，将这些斜率的均值作为平均斜率；
S50，在曲线起始点采用此平均斜率作反向延伸，直至曲线与横轴相交；
S60，将曲线横向平移，使得曲线与横轴交点与坐标原点重合，得到标准载荷位移曲线。
2.按照权利要求1所述的材料载荷位移检测方法，其特征在于，将所述载荷位移数对序列开始部分靠前的设定数量的数据丢弃得到处理后的载荷位移数对序列。
3.按照权利要求1所述的材料载荷位移检测方法，其特征在于，处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值的3％至15％范围形成所述采样区间。
4.按照权利要求1所述的材料载荷位移检测方法，其特征在于，所述的采样数据为位于所述采样区间内的任意三个载荷位移数对。
5.按照权利要求1至4任一项所述材料载荷位移检测方法，其特征在于，对材料的所述检测包含对材料的拉伸、压缩、弯曲、扭转和剪切。
6.按照权利要求1至4任一项所述材料载荷位移检测方法，其特征在于，根据获得的标准载荷位移曲线进行计算，获得材料的强度和刚度。
7.按照权利要求1至4任一项所述材料载荷位移检测方法，其特征在于，对所述处理后的载荷位移数对序列中每个载荷位移数对进行换算，得到对应的应力和应变值，形成应力应变数对序列；根据该应力和应变数对序列得到应力应变图。
8.应用材料载荷位移检测方法的检测装置，其特征在于，包括：
采集模块，对需检测的材料在材料试验机进行载荷位移检测，获得该材料的载荷位移数对序列；
数据处理模块，去除载荷位移数对序列开始部分的多个载荷位移数对得到处理后的载荷位移数对序列；
绘图模块，根据处理后的载荷位移数对序列绘制载荷位移曲线；
图像处理模块，获得处理后的载荷位移数对序列中的位移数据最大值，该序列的载荷位数对中的位移数据位于该最大值的设定范围以内的形成采样区间，该采样区间内的载荷位移数对形成采样数据，计算采样数据中任意两个载荷位移数对连成的直线的斜率，将这些斜率的均值作为平均斜率，在曲线起始点采用此平均斜率作反向延伸，直至曲线与横轴相交，将曲线横向平移，使得曲线与横轴交点与坐标原点重合，得到最终结果即标准载荷位移曲线。
9.计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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