CN113324858A - 动态应力应变测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用以测试测试样品的动态应力应变的测试系统，其包含落摔冲击试验机、质量块、质量块加速度传感器及冲击平台加速度传感器。落摔冲击试验机包含冲击平台及底座。冲击平台可相对于底座移动。冲击平台用以承载测试样品。质量块具有质量值。质量块位于冲击平台上。质量块用以经由重力而将测试样品夹在质量块与冲击平台之间。质量块加速度传感器设置于质量块，且用以感测质量块的质量块加速度。冲击平台加速度传感器设置于冲击平台，且用以感测冲击平台的冲击平台加速度。动态应力应变根据质量块加速度、冲击平台加速度及质量值而获得。

Description

动态应力应变测试系统
技术领域
本发明属于一种动态应力应变测试系统，尤其关于一种可使用落摔冲击试验机的动态应力应变测试系统。
背景技术
一般在搬运或贩卖精密装置时，会使用缓冲材料予以包装，以避免装置在搬运过程中因撞击而受损。在设计使用缓冲材料的包装结构的过程中，会先使用缓冲材料制造包装结构的样品，再进行各种实物的落摔测试。包装结构的样品每做完一次落摔测试后，常因已永久变形而无法进行另一次测试，只能报废丢弃。而且，若是设计失败，亦需要另外设计并制作另一种包装结构的样品，并再次进行落摔测试。如此会耗费大量人力及物力。因此，发展出仿真技术来仿真装置及包装结构的落摔过程，即模拟的落摔测试。如此，便可节省实际制作出包装结构的样品所需的人力及物力。
此仿真技术需要输入缓冲材料的动态应力应变曲线，方可进行仿真的落摔测试。然而，即使是相同类型的缓冲材料，亦可能因原材料及制作流程而有相异的材料性质。因此，无法直接使用缓冲材料的提供者所提供的材料性质进行模拟的落摔测试。
为了获得准确的材料性质以模拟出精确的落摔测试结果，通常需要使用落锤冲击试验机预先测试缓冲材料的样品，以测量出此缓冲材料的动态应力应变曲线。然而，落锤冲击试验机通常较为昂贵，精密装置的制造厂商通常不会备有落锤冲击试验机。
发明内容
有鉴于以上的问题，本发明提出一种动态应力应变测试系统，可使用精密装置的制造厂商常备有的落摔冲击试验机对测试样品进行动态应力应变的测试，获得准确的材料性质，以模拟出精确的落摔测试结果。
本发明之一实施例提出一种动态应力应变测试系统，用以测试一测试样品之一动态应力应变。动态应力应变测试系统包含一落摔冲击试验机、一质量块、一质量块加速度传感器及一冲击平台加速度传感器。落摔冲击试验机包含一冲击平台及一底座。冲击平台可相对于底座移动，且冲击平台用以承载测试样品。质量块具有一质量值。质量块位于冲击平台上。质量块用以经由重力而将测试样品夹在质量块与冲击平台之间。质量块加速度传感器设置于质量块，且用以感测质量块之一质量块加速度。冲击平台加速度传感器设置于冲击平台，且用以感测冲击平台之一冲击平台加速度。动态应力应变根据质量块加速度、冲击平台加速度及质量值而获得。
根据本发明之一实施例的动态应力应变测试系统，经由将测试样品夹在质量块与冲击平台之间，而可在使用制造厂商常备有的落摔冲击试验机的情况下使测试样品承受应力并具有应变。经由取得质量块加速度及冲击平台加速度，而计算出测试样品的动态应力应变。根据质量块加速度及冲击平台加速度，可计算出测试样品的变形量，进而计算测试样品的应变。根据质量块加速度及质量值，可计算出测试样品的应力。根据所计算的应力及应变，可绘制出测试样品的动态应力应变的曲线，获得准确的材料性质，进而可模拟出精确的落摔测试结果。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
图1绘示依照本发明之一实施例的动态应力应变测试系统的侧视示意图。
图2绘示图1的动态应力应变测试系统的部分的立体示意图。
图3绘示图2的动态应力应变测试系统的部分的立体分解示意图。
元件标号说明
1 … 动态应力应变测试系统
10 … 落摔冲击试验机
11 … 冲击平台
12 … 底座
13 … 导引杆
20 … 质量块
20a … 表面
21 … 第一子质量块
22 … 第二子质量块
23 … 螺杆
24 … 螺母
31 … 质量块加速度传感器
32 … 冲击平台加速度传感器
40 … 止弹板
50 … 螺杆
61 … 上螺母
62 … 下螺母
70 … 防撞板
9 … 测试样品
G … 重力
S … 距离
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的实施例的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域中具通常知识者了解本发明之实施例之技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何本领域中具通常知识者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
于本说明书的所谓的示意图中，由于用以说明而可有其尺寸、比例及角度等较为夸张的情形，但并非用以限定本发明。于未违背本发明要旨的情况下能够有各种变更。实施例及图式之描述中所提及的上下前后方位为用以说明，而并非用以限定本发明。
请参照图1、图2及图3。图1绘示依照本发明之一实施例的动态应力应变测试系统的侧视示意图。图2绘示图1的动态应力应变测试系统的部分的立体示意图。图3绘示图2的动态应力应变测试系统的部分的立体分解示意图。动态应力应变测试系统1用以测试测试样品9的动态应力应变。测试样品9可为弹性的缓冲材料。
如图1所示，动态应力应变测试系统1包含一落摔冲击试验机10、一质量块20、一质量块加速度传感器31及一冲击平台加速度传感器32。此外，动态应力应变测试系统1更包含一止弹板40、二个螺杆50、二个上螺母61、二个下螺母62及一防撞板70。
落摔冲击试验机10包含一冲击平台11、一底座12及一对导引杆13。冲击平台11可相对于底座12移动。具体而言，各导引杆13设置成沿重力G的方向延伸且固定于底座12，冲击平台11设置于导引杆13且可沿导引杆13移动。由此，冲击平台11可沿导引杆13接近或远离底座12。冲击平台11用以可承载测试样品9。于本实施例中，导引杆13的数量为二个(即一对)，但不以此为限。于其他实施例中，导引杆13的数量可为其他数量。
防撞板70固定于冲击平台11上，冲击平台11经由防撞板70而承载测试样品9。质量块20可放置于防撞板70上，进而放置于冲击平台11上。防撞板70的材质可包含铁。质量块20可经由重力G而将测试样品9夹在质量块20与冲击平台11之间。防撞板70则位于测试样品9与冲击平台11之间。由于防撞板70位于质量块20与冲击平台11之间，故可防止质量块20撞击冲击平台11。
如图1及图2所示，质量块加速度传感器31设置于质量块20，且用以感测质量块20的质量块加速度Am。质量块加速度传感器31设置于质量块20背向冲击平台11之一表面20a上。因此，可避免质量块加速度传感器31撞击冲击平台11。
冲击平台加速度传感器32设置于防撞板70上。由于防撞板70固定于冲击平台11上，故防撞板70与冲击平台11一起移动，冲击平台加速度传感器32因此可感测冲击平台11之冲击平台加速度Ap。于本实施例中，冲击平台加速度传感器32虽设置于防撞板70上而间接设置于冲击平台11上，但不以此为限。于其他实施例中，冲击平台加速度传感器32亦可直接设置于冲击平台11上。
如图2及图3所示，质量块20具有可调整的质量值M。具体而言，质量块20包含一第一子质量块21、多个第二子质量块22、四个螺杆23及四个螺母24。可依所需之质量值M，经由螺杆23及螺母24锁固第一子质量块21及指定数量第二子质量块22，而组合成具有质量值M的质量块20。在需要另一质量值M时，可将第一子质量块21、第二子质量块22、螺杆23及螺母24分拆，再将第一子质量块21及另一数量第二子质量块22锁固在一起，或者仅留下第一子质量块21。因此，根据质量块20留在测试样品9上第一子质量块21及第二子质量块22的数量，调整质量块20的质量值M。于本实施例中，螺杆23及螺母24的数量分别为四个，但不以此为限。于其他实施例中，螺杆23及螺母24的数量可分别为其他数量。
如图1及图3所示，二个螺杆50固定于防撞板70，进而固定于冲击平台11上。二个下螺母62分别螺设于二个螺杆50。螺杆50贯穿止弹板40，且下螺母62挡住止弹板40。二个上螺母61分别螺设于二个螺杆50。止弹板40夹在上螺母61与下螺母62之间，下螺母62位于止弹板40与冲击平台11之间。止弹板40经由螺杆50、上螺母61及下螺母62而设置于防撞板70，进而设置于冲击平台11。上螺母61及下螺母62可沿螺杆50调整二者相对于冲击平台11的位置。止弹板40可沿螺杆50移动。质量块20可移动地夹在止弹板40与冲击平台11之间。经由调整下螺母62相对于冲击平台11的位置，可调整止弹板40相对于冲击平台11的位置，进而调整止弹板40与质量块20之间的距离S。止弹板40的材质可包含电木或铝。于本实施例中，螺杆50、上螺母61及下螺母62的数量分别为二个，但不以此为限。于其他实施例中，螺杆50、上螺母61及下螺母62的数量可分别为其他数量。
当使用动态应力应变测试系统1以测试测试样品9的动态应力应变时，可使用市售的落摔冲击试验机10及治具。于本实施例中，治具可包含如图2所示之组件，即包含质量块20、质量块加速度传感器31、冲击平台加速度传感器32、止弹板40、螺杆50、上螺母61、下螺母62及防撞板70。
于本实施例中，可先将螺杆50固定于防撞板70且将防撞板70固定于落摔冲击试验机10的冲击平台11上。经由螺杆23及螺母24，将指定数量第一子质量块21及/或第二子质量块22锁固成具有指定质量值M的质量块20。将在重力G的方向上具有厚度T的测试样品9放置于防撞板70上。将质量块20放置于测试样品9上。此时，测试样品9会被质量块20压住。质量块20与测试样品9的接触面积为B。
然后，将下螺母62螺设于螺杆50，且使下螺母62的位置略高于质量块20。使螺杆50贯穿止弹板40，使止弹板40设置于螺杆50且位于下螺母62上。经由调整下螺母62相对于冲击平台11的位置，调整止弹板40相对于冲击平台11的位置，进而调整止弹板40与质量块20之间的距离S。距离S可约为2～3mm。止弹板40悬置于质量块20上，且位于两对螺杆23之间。将上螺母61螺设于螺杆50，藉此将止弹板40固定于螺杆50且位于上螺母61与下螺母62之间。经由止弹板40的设置以及止弹板40与两对螺杆23的相对关系，可防止质量块20在测试时失控而弹飞。将质量块加速度传感器31黏贴在质量块20的表面20a上，将冲击平台加速度传感器32黏贴在防撞板70或冲击平台11上。
当使用动态应力应变测试系统1对测试样品9进行动态应力应变的测试时，将冲击平台11沿导引杆13移动至指定高度。质量块20及测试样品9等位于冲击平台11上的组件亦随着冲击平台11移动。接下来，释放冲击平台11，使冲击平台11及其上的组件因重力G而沿导引杆13朝向底座12移动。在释放冲击平台11至冲击平台11触及底座12之前，测试样品9不会被质量块20压缩，此时测试样品9会恢复成具有厚度T。当冲击平台11触及底座12时，底座12对冲击平台11施加相反于重力G的方向的加速度脉冲。此加速度脉冲持续约0.02秒，强度约为40倍的重力加速度。于此同时，质量块加速度传感器31感测并输出质量块加速度Am，冲击平台加速度传感器32感测并输出冲击平台加速度Ap。
测试样品9之动态应力应变根据质量块加速度Am、冲击平台加速度Ap及质量值M而获得。具体而言，在测试过程中，沿重力G之方向，测试样品9之两面的相对加速度Ad等于将冲击平台加速度Ap减质量块加速度Am而获得的差(即Ad＝Ap－Am)。将相对加速度Ad对时间两次积分，则可获得测试样品9的变形量C。测试样品9的应变ε等于测试样品9的变形量C除以测试样品9的厚度T(即ε＝C/T)。测试样品的应力σ等于质量值M乘以质量块加速度Am再除以质量块20与测试样品9的接触面积B(即σ＝M×Am/B)。以应力σ为横轴，以应变ε为纵轴，可绘制出测试样品9之动态应力应变曲线。另外，可调整质量值M而获得不同的实验资料。
综上所述，本发明之一实施例之动态应力应变测试系统，经由将测试样品夹在质量块与冲击平台之间，而可在使用制造厂商常备有的落摔冲击试验机的情况下使测试样品承受应力并具有应变。经由取得质量块加速度及冲击平台加速度，而计算出测试样品的动态应力应变。根据质量块加速度及冲击平台加速度，可计算出测试样品的变形量，进而计算测试样品的应变。根据质量块加速度及质量值，可计算出测试样品的应力。根据所计算的应力及应变，可绘制出测试样品的动态应力应变的曲线，获得准确的材料性质，进而可模拟出精确的落摔测试结果。此外，经由设置止弹板而可避免质量块在测试时失控而弹飞。经由设置防撞板而可防止质量块直接撞击冲击平台。
虽然本发明以前述之实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为之更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的申请专利范围。

Claims (10)

1.一种动态应力应变测试系统，用以测试一测试样品之一动态应力应变，所述动态应力应变测试系统包括：
一落摔冲击试验机，包括一冲击平台及一底座，所述冲击平台可相对于所述底座移动，且所述冲击平台用以承载所述测试样品；
一质量块，具有一质量值，所述质量块位于所述冲击平台上，所述质量块用以经由重力而将所述测试样品夹在所述质量块与所述冲击平台之间；
一质量块加速度传感器，设置于所述质量块，且用以感测所述质量块之一质量块加速度；以及
一冲击平台加速度传感器，设置于所述冲击平台，且用以感测所述冲击平台之一冲击平台加速度，所述动态应力应变根据所述质量块加速度、所述冲击平台加速度及所述质量值而获得。
2.如权利要求1所述的动态应力应变测试系统，其中所述质量块加速度传感器设置于所述质量块背向所述冲击平台之一表面上。
3.如权利要求1所述的动态应力应变测试系统，其中所述质量块包括彼此可分拆及组合的多个子质量块，用以根据所述质量块之留在所述测试样品上之所述至少一子质量块的数量调整所述质量块的所述质量值。
4.如权利要求1所述的动态应力应变测试系统，其中所述落摔冲击试验机更包括设置于所述底座的至少一导引杆，所述冲击平台设置于所述至少一导引杆且沿所述至少一导引杆相对于所述底座移动。
5.如权利要求1所述的动态应力应变测试系统，更包括一止弹板，设置于所述冲击平台，所述质量块可移动地夹在所述止弹板与所述冲击平台之间。
6.如权利要求1所述的动态应力应变测试系统，其中所述止弹板的材质包括电木或铝。
7.如权利要求6所述的动态应力应变测试系统，更包括至少一螺杆，贯穿所述止弹板，所述止弹板经由所述至少一螺杆而设置于所述冲击平台，所述止弹板沿所述至少一螺杆移动以调整所述止弹板与所述质量块之间的距离。
8.如权利要求6所述的动态应力应变测试系统，更包括至少一上螺母及至少一下螺母，皆螺设于所述至少一螺杆，所述止弹板夹在所述至少一上螺母与所述至少一下螺母之间，所述下螺母位于所述止弹板与所述冲击平台之间。
9.如权利要求1所述的动态应力应变测试系统，更包括一防撞板，设置于所述冲击平台，所述冲击平台经由所述防撞板而承载所述测试样品。
10.如权利要求9所述的动态应力应变测试系统，其中所述防撞板的材质包括铁。
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