TWI775488B - 動態應力應變測試系統 - Google Patents

Abstract

一種用以測試測試樣品之動態應力應變的測試系統，其包含落摔衝擊試驗機、質量塊、質量塊加速度感測器及衝擊平台加速度感測器。落摔衝擊試驗機包含衝擊平台及底座。衝擊平台可相對於底座移動。衝擊平台用以承載測試樣品。質量塊具有質量值。質量塊位於衝擊平台上。質量塊用以藉由重力而將測試樣品夾在質量塊與衝擊平台之間。質量塊加速度感測器設置於質量塊，且用以感測質量塊之質量塊加速度。衝擊平台加速度感測器設置於衝擊平台，且用以感測衝擊平台之衝擊平台加速度。動態應力應變根據質量塊加速度、衝擊平台加速度及質量值而獲得。

Description

動態應力應變測試系統

本發明係關於一種動態應力應變測試系統，尤其係關於一種可使用落摔衝擊試驗機的動態應力應變測試系統。

一般在搬運或販售精密裝置時，會使用緩衝材料予以包裝，以避免裝置在搬運過程中因撞擊而受損。在設計使用緩衝材料之包裝結構的過程中，會先使用緩衝材料製造包裝結構的樣品，再進行各種實物的落摔測試。包裝結構的樣品每做完一次落摔測試後，常因已永久變形而無法進行另一次測試，只能報廢丟棄。而且，若是設計失敗，亦需要另外設計並製作另一種包裝結構的樣品，並再次進行落摔測試。如此會耗費大量人力及物力。因此，發展出模擬技術來模擬裝置及包裝結構的落摔過程，即模擬的落摔測試。如此，便可節省實際製作出包裝結構的樣品所需的人力及物力。

此模擬技術需要輸入緩衝材料的動態應力應變曲線，方可進行模擬的落摔測試。然而，即使是相同類型的緩衝材料，亦可能因原材料及製作流程而有相異的材料性質。因此，無法直接使用緩衝材料的提供者所提供的材料性質進行模擬的落摔測試。

為了獲得準確的材料性質以模擬出精確的落摔測試結果，通常需要使用落錘衝擊試驗機預先測試緩衝材料的樣品，以測量出此緩衝材料的動態應力應變曲線。然而，落錘衝擊試驗機通常較為昂貴，精密裝置的製造廠商通常不會備有落錘衝擊試驗機。

有鑑於以上的問題，本發明提出一種動態應力應變測試系統，可使用精密裝置的製造廠商常備有的落摔衝擊試驗機對測試樣品進行動態應力應變的測試，獲得準確的材料性質，以模擬出精確的落摔測試結果。

本發明之一實施例提出一種動態應力應變測試系統，用以測試一測試樣品之一動態應力應變。動態應力應變測試系統包含一落摔衝擊試驗機、一質量塊、一質量塊加速度感測器及一衝擊平台加速度感測器。落摔衝擊試驗機包含一衝擊平台及一底座。衝擊平台可相對於底座移動，且衝擊平台用以承載測試樣品。質量塊具有一質量值。質量塊位於衝擊平台上。質量塊用以藉由重力而將測試樣品夾在質量塊與衝擊平台之間。質量塊加速度感測器設置於質量塊，且用以感測質量塊之一質量塊加速度。衝擊平台加速度感測器設置於衝擊平台，且用以感測衝擊平台之一衝擊平台加速度。動態應力應變根據質量塊加速度、衝擊平台加速度及質量值而獲得。

根據本發明之一實施例之動態應力應變測試系統，藉由將測試樣品夾在質量塊與衝擊平台之間，而可在使用製造廠商常備有的落摔衝擊試驗機的情況下使測試樣品承受應力並具有應變。藉由取得質量塊加速度及衝擊平台加速度，而計算出測試樣品的動態應力應變。根據質量塊加速度及衝擊平台加速度，可計算出測試樣品的變形量，進而計算測試樣品的應變。根據質量塊加速度及質量值，可計算出測試樣品的應力。根據所計算的應力及應變，可繪製出測試樣品的動態應力應變的曲線，獲得準確的材料性質，進而可模擬出精確的落摔測試結果。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本發明之實施例之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

於本說明書之所謂的示意圖中，由於用以說明而可有其尺寸、比例及角度等較為誇張的情形，但並非用以限定本發明。於未違背本發明要旨的情況下能夠有各種變更。實施例及圖式之描述中所提及之上下前後方位為用以說明，而並非用以限定本發明。

請參照圖1、圖2及圖3。圖1繪示依照本發明之一實施例之動態應力應變測試系統的側視示意圖。圖2繪示圖1之動態應力應變測試系統之部分的立體示意圖。圖3繪示圖2之動態應力應變測試系統之部分的立體分解示意圖。動態應力應變測試系統1用以測試測試樣品9之動態應力應變。測試樣品9可為彈性的緩衝材料。

如圖1所示，動態應力應變測試系統1包含一落摔衝擊試驗機10、一質量塊20、一質量塊加速度感測器31及一衝擊平台加速度感測器32。此外，動態應力應變測試系統1更包含一止彈板40、二個螺桿50、二個上螺母61、二個下螺母62及一防撞板70。

落摔衝擊試驗機10包含一衝擊平台11、一底座12及一對導引桿13。衝擊平台11可相對於底座12移動。具體而言，各導引桿13設置成沿重力G之方向延伸且固定於底座12，衝擊平台11設置於導引桿13且可沿導引桿13移動。藉此，衝擊平台11可沿導引桿13接近或遠離底座12。衝擊平台11用以可承載測試樣品9。於本實施例中，導引桿13的數量為二個（即一對），但不以此為限。於其他實施例中，導引桿13的數量可為其他數量。

防撞板70固定於衝擊平台11上，衝擊平台11經由防撞板70而承載測試樣品9。質量塊20可放置於防撞板70上，進而放置於衝擊平台11上。防撞板70之材質可包含鐵。質量塊20可藉由重力G而將測試樣品9夾在質量塊20與衝擊平台11之間。防撞板70則位於測試樣品9與衝擊平台11之間。由於防撞板70位於質量塊20與衝擊平台11之間，故可防止質量塊20撞擊衝擊平台11。

如圖1及圖2所示，質量塊加速度感測器31設置於質量塊20，且用以感測質量塊20之質量塊加速度Am。質量塊加速度感測器31設置於質量塊20背向衝擊平台11之一表面20a上。因此，可避免質量塊加速度感測器31撞擊衝擊平台11。

衝擊平台加速度感測器32設置於防撞板70上。由於防撞板70固定於衝擊平台11上，故防撞板70與衝擊平台11一起移動，衝擊平台加速度感測器32因此可感測衝擊平台11之衝擊平台加速度Ap。於本實施例中，衝擊平台加速度感測器32雖設置於防撞板70上而間接設置於衝擊平台11上，但不以此為限。於其他實施例中，衝擊平台加速度感測器32亦可直接設置於衝擊平台11上。

如圖2及圖3所示，質量塊20具有可調整的質量值M。具體而言，質量塊20包含一第一子質量塊21、多個第二子質量塊22、四個螺桿23及四個螺母24。可依所需之質量值M，藉由螺桿23及螺母24鎖固第一子質量塊21及指定數量第二子質量塊22，而組合成具有質量值M的質量塊20。在需要另一質量值M時，可將第一子質量塊21、第二子質量塊22、螺桿23及螺母24分拆，再將第一子質量塊21及另一數量第二子質量塊22鎖固在一起，或者僅留下第一子質量塊21。因此，根據質量塊20之留在測試樣品9上之第一子質量塊21及第二子質量塊22的數量，調整質量塊20之質量值M。於本實施例中，螺桿23及螺母24的數量分別為四個，但不以此為限。於其他實施例中，螺桿23及螺母24的數量可分別為其他數量。

如圖1及圖3所示，二個螺桿50固定於防撞板70，進而固定於衝擊平台11上。二個下螺母62分別螺設於二個螺桿50。螺桿50貫穿止彈板40，且下螺母62擋住止彈板40。二個上螺母61分別螺設於二個螺桿50。止彈板40夾在上螺母61與下螺母62之間，下螺母62位於止彈板40與衝擊平台11之間。止彈板40藉由螺桿50、上螺母61及下螺母62而設置於防撞板70，進而設置於衝擊平台11。上螺母61及下螺母62可沿螺桿50調整二者相對於衝擊平台11的位置。止彈板40可沿螺桿50移動。質量塊20可移動地夾在止彈板40與衝擊平台11之間。藉由調整下螺母62相對於衝擊平台11的位置，可調整止彈板40相對於衝擊平台11的位置，進而調整止彈板40與質量塊20之間的距離S。止彈板40之材質可包含電木或鋁。於本實施例中，螺桿50、上螺母61及下螺母62的數量分別為二個，但不以此為限。於其他實施例中，螺桿50、上螺母61及下螺母62的數量可分別為其他數量。

當使用動態應力應變測試系統1以測試測試樣品9之動態應力應變時，可使用市售的落摔衝擊試驗機10及治具。於本實施例中，治具可包含如圖2所示之元件，即包含質量塊20、質量塊加速度感測器31、衝擊平台加速度感測器32、止彈板40、螺桿50、上螺母61、下螺母62及防撞板70。

於本實施例中，可先將螺桿50固定於防撞板70且將防撞板70固定於落摔衝擊試驗機10之衝擊平台11上。藉由螺桿23及螺母24，將指定數量第一子質量塊21及／或第二子質量塊22鎖固成具有指定質量值M之質量塊20。將在重力G之方向上具有厚度T的測試樣品9放置於防撞板70上。將質量塊20放置於測試樣品9上。此時，測試樣品9會被質量塊20壓住。質量塊20與測試樣品9的接觸面積為B。

然後，將下螺母62螺設於螺桿50，且使下螺母62的位置略高於質量塊20。使螺桿50貫穿止彈板40，使止彈板40設置於螺桿50且位於下螺母62上。藉由調整下螺母62相對於衝擊平台11的位置，調整止彈板40相對於衝擊平台11的位置，進而調整止彈板40與質量塊20之間的距離S。距離S可約為2～3 mm。止彈板40懸置於質量塊20上，且位於兩對螺桿23之間。將上螺母61螺設於螺桿50，藉此將止彈板40固定於螺桿50且位於上螺母61與下螺母62之間。藉由止彈板40的設置以及止彈板40與兩對螺桿23的相對關係，可防止質量塊20在測試時失控而彈飛。將質量塊加速度感測器31黏貼在質量塊20的表面20a上，將衝擊平台加速度感測器32黏貼在防撞板70或衝擊平台11上。

當使用動態應力應變測試系統1對測試樣品9進行動態應力應變的測試時，將衝擊平台11沿導引桿13移動至指定高度。質量塊20及測試樣品9等位於衝擊平台11上的元件亦隨著衝擊平台11移動。接下來，釋放衝擊平台11，使衝擊平台11及其上的元件因重力G而沿導引桿13朝向底座12移動。在釋放衝擊平台11至衝擊平台11觸及底座12之前，測試樣品9不會被質量塊20壓縮，此時測試樣品9會恢復成具有厚度T。當衝擊平台11觸及底座12時，底座12對衝擊平台11施加相反於重力G之方向的加速度脈衝。此加速度脈衝持續約0.02秒，強度約為40倍的重力加速度。於此同時，質量塊加速度感測器31感測並輸出質量塊加速度Am，衝擊平台加速度感測器32感測並輸出衝擊平台加速度Ap。

測試樣品9之動態應力應變根據質量塊加速度Am、衝擊平台加速度Ap及質量值M而獲得。具體而言，在測試過程中，沿重力G之方向，測試樣品9之兩面的相對加速度Ad等於將衝擊平台加速度Ap減質量塊加速度Am而獲得的差（即Ad＝Ap－Am）。將相對加速度Ad對時間兩次積分，則可獲得測試樣品9的變形量C。測試樣品9的應變ε等於測試樣品9的變形量C除以測試樣品9的厚度T（即ε＝C／T）。測試樣品的應力σ等於質量值M乘以質量塊加速度Am再除以質量塊20與測試樣品9的接觸面積B（即σ＝M×Am／B）。以應力σ為橫軸，以應變ε為縱軸，可繪製出測試樣品9之動態應力應變曲線。另外，可調整質量值M而獲得不同的實驗資料。

綜上所述，本發明之一實施例之動態應力應變測試系統，藉由將測試樣品夾在質量塊與衝擊平台之間，而可在使用製造廠商常備有的落摔衝擊試驗機的情況下使測試樣品承受應力並具有應變。藉由取得質量塊加速度及衝擊平台加速度，而計算出測試樣品的動態應力應變。根據質量塊加速度及衝擊平台加速度，可計算出測試樣品的變形量，進而計算測試樣品的應變。根據質量塊加速度及質量值，可計算出測試樣品的應力。根據所計算的應力及應變，可繪製出測試樣品的動態應力應變的曲線，獲得準確的材料性質，進而可模擬出精確的落摔測試結果。此外，藉由設置止彈板而可避免質量塊在測試時失控而彈飛。藉由設置防撞板而可防止質量塊直接撞擊衝擊平台。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1:動態應力應變測試系統 10:落摔衝擊試驗機 11:衝擊平台 12:底座 13:導引桿 20:質量塊 20a:表面 21:第一子質量塊 22:第二子質量塊 23:螺桿 24:螺母 31:質量塊加速度感測器 32:衝擊平台加速度感測器 40:止彈板 50:螺桿 61:上螺母 62:下螺母 70:防撞板 9:測試樣品 G:重力 S:距離

圖1繪示依照本發明之一實施例之動態應力應變測試系統的側視示意圖。

圖2繪示圖1之動態應力應變測試系統之部分的立體示意圖。

圖3繪示圖2之動態應力應變測試系統之部分的立體分解示意圖。

1:動態應力應變測試系統

10:落摔衝擊試驗機

11:衝擊平台

12:底座

13:導引桿

20:質量塊

20a:表面

21:第一子質量塊

22:第二子質量塊

23:螺桿

24:螺母

31:質量塊加速度感測器

32:衝擊平台加速度感測器

40:止彈板

50:螺桿

61:上螺母

62:下螺母

70:防撞板

9:測試樣品

G:重力

S:距離

Claims (10)

1. 一種動態應力應變測試系統，用以測試一測試樣品之一動態應力應變，該動態應力應變測試系統包括：一落摔衝擊試驗機，包括一衝擊平台及一底座，該衝擊平台可相對於該底座移動，且該衝擊平台用以承載該測試樣品；一質量塊，具有一質量值，該質量塊位於該衝擊平台上，該質量塊用以藉由重力而將該測試樣品夾在該質量塊與該衝擊平台之間；一質量塊加速度感測器，設置於該質量塊，且用以感測該質量塊之一質量塊加速度；以及一衝擊平台加速度感測器，設置於該衝擊平台，且用以感測該衝擊平台之一衝擊平台加速度，該動態應力應變根據該質量塊加速度、該衝擊平台加速度及該質量值而獲得。
2. 如請求項1所述之動態應力應變測試系統，其中該質量塊加速度感測器設置於該質量塊背向該衝擊平台之一表面上。
3. 如請求項1所述之動態應力應變測試系統，其中該質量塊包括彼此可分拆及組合的多個子質量塊，用以根據該質量塊之留在該測試樣品上之該至少一子質量塊的數量調整該質量塊之該質量值。
4. 如請求項1所述之動態應力應變測試系統，其中該落摔衝擊試驗機更包括設置於該底座的至少一導引桿，該衝 擊平台設置於該至少一導引桿且沿該至少一導引桿相對於該底座移動。
5. 如請求項1所述之動態應力應變測試系統，更包括一止彈板，設置於該衝擊平台，該質量塊可移動地夾在該止彈板與該衝擊平台之間。
6. 如請求項5所述之動態應力應變測試系統，其中該止彈板之材質包括電木或鋁。
7. 如請求項6所述之動態應力應變測試系統，更包括至少一螺桿，貫穿該止彈板，該止彈板經由該至少一螺桿而設置於該衝擊平台，該止彈板沿該至少一螺桿移動以調整該止彈板與該質量塊之間的距離。
8. 如請求項7所述之動態應力應變測試系統，更包括至少一上螺母及至少一下螺母，皆螺設於該至少一螺桿，該止彈板夾在該至少一上螺母與該至少一下螺母之間，該下螺母位於該止彈板與該衝擊平台之間。
9. 如請求項1所述之動態應力應變測試系統，更包括一防撞板，設置於該衝擊平台，該衝擊平台經由該防撞板而承載該測試樣品。
10. 如請求項9所述之動態應力應變測試系統，其中該防撞板之材質包括鐵。

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