本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，特別是一種落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)及沖擊速度測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

目前在復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試過(guò)程中，對(duì)復(fù)合材料的耐沖擊性能進(jìn)行測(cè)試是必不可少的。要對(duì)復(fù)合材料的耐沖擊性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，一般需對(duì)復(fù)合材料板材試驗(yàn)件進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)。在落錘沖擊試驗(yàn)中，要求實(shí)現(xiàn)對(duì)板材試驗(yàn)件的固定夾持，并采集落錘下落過(guò)程及沖擊過(guò)程中的速度-時(shí)間變化曲線。

現(xiàn)有一般的復(fù)合材料板材落錘沖擊測(cè)試中，落錘沖擊裝置中的落錘都是豎直落下，正面沖擊落錘沖擊裝置的試驗(yàn)臺(tái)上夾固的試件的中心位置，從而研究試件材料在正面沖擊時(shí)刻的力學(xué)響應(yīng)和沖擊后的剩余強(qiáng)度，用于評(píng)估材料的抗沖擊性能。這種落錘沖擊裝置夾固試件后，大都只能實(shí)現(xiàn)正面沖擊測(cè)試，很難在一臺(tái)落錘沖擊裝置上實(shí)現(xiàn)多角度的落錘沖擊測(cè)試；同時(shí)，裝夾裝置一般固定安裝于落錘沖擊裝置上，大都只能實(shí)現(xiàn)試件固定位置的沖擊，很難實(shí)現(xiàn)不同沖擊位置的沖擊。

同時(shí)，在現(xiàn)有的復(fù)合材料板材落錘沖擊試驗(yàn)中，一般都是采用光柵或者激光檢查點(diǎn)采集沖擊瞬間兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，以時(shí)間變化量來(lái)計(jì)算此段的平均速度作為沖擊瞬間速度，再結(jié)合力傳感器測(cè)得的沖擊力-時(shí)間變化曲線，通過(guò)力學(xué)公式推算得出沖擊過(guò)程中速度-時(shí)間的變化曲線。這種方法由于是計(jì)算的平均速度，并通過(guò)光、力兩種傳感器兩個(gè)傳感器，計(jì)算精度較低，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。此外，當(dāng)在進(jìn)行帶角度的沖擊試驗(yàn)時(shí)，由于存在角度帶來(lái)的側(cè)向力和摩擦力影響，嚴(yán)重影響力傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確性，加大速度-時(shí)間變化曲線的獲得難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)，該落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)能給復(fù)合材料板材試驗(yàn)件提供緊固的夾持，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件的多角度沖擊，同時(shí)還能對(duì)落錘下落及沖擊過(guò)程中的速度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)，包括夾具結(jié)構(gòu)、支撐升降結(jié)構(gòu)和激光測(cè)速裝置。

夾具結(jié)構(gòu)包括板材夾緊裝置、多角度旋轉(zhuǎn)裝置和夾具底板。

板材夾緊裝置包括夾板和夾片；夾板中心設(shè)置有試件沖擊槽，夾片設(shè)置于試件沖擊槽兩側(cè)的夾板上，夾片與夾板可拆卸連接。

多角度旋轉(zhuǎn)裝置包括壁板、壁板螺栓和底板螺栓；夾板兩側(cè)各設(shè)置一塊所述壁板，每塊壁板均豎直設(shè)置，每塊壁板底部均與夾具底板固定連接；每塊壁板上均設(shè)置有中心孔和兩個(gè)弧形槽，兩個(gè)弧形槽關(guān)于中心孔對(duì)稱；中心孔和每個(gè)弧形槽內(nèi)均各設(shè)置有一個(gè)用于將壁板與夾板可拆卸連接的壁板螺栓，位于弧形槽內(nèi)的壁板螺栓能沿弧形槽滑移并鎖緊；當(dāng)壁板螺栓全部擰松后，夾板能沿弧形槽進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

支撐升降結(jié)構(gòu)包括平臺(tái)和升降驅(qū)動(dòng)裝置，平臺(tái)能在升降驅(qū)動(dòng)裝置的作用下進(jìn)行高度升降；平臺(tái)中部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有直條孔，夾具底板通過(guò)底板螺栓與平臺(tái)可拆卸連接；底板螺栓的頭部位于夾具底板上方，底板螺栓的桿部依次穿過(guò)夾具底板和直條孔，并能沿直條孔滑移并鎖緊固定；當(dāng)?shù)装迓菟〝Q松后，夾具底板能以底板螺栓為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并能沿直條孔滑移。

落錘設(shè)置在夾具結(jié)構(gòu)的上方，落錘包括從上至下依次同軸設(shè)置的砝碼、砝碼盤(pán)和錘頭；砝碼盤(pán)和錘頭固定連接，錘頭底部指向夾板上的試件沖擊槽。

激光測(cè)速裝置包括激光傳感器和與激光傳感器相連接的計(jì)算機(jī)，激光傳感器設(shè)置于位于錘頭外周的砝碼盤(pán)下方。

每個(gè)弧形槽均為1/4圓弧槽。

至少有一個(gè)弧形槽上設(shè)置有角度刻度線。

所述升降驅(qū)動(dòng)裝置包括基座、絲桿、鉸鏈和鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置，絲桿至少有兩根，每根絲桿的中部均與平臺(tái)螺紋連接，每根絲桿的底部均與基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，鉸鏈與所有絲桿相連接，鉸鏈在鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)所有絲桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置為手柄或電機(jī)。

本發(fā)明還提供一種使用落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)進(jìn)行沖擊速度的測(cè)量方法，該使用落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)進(jìn)行沖擊速度的測(cè)量方法能給復(fù)合材料板材試驗(yàn)件提供緊固的夾持，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件的多角度沖擊，同時(shí)還能對(duì)落錘下落及沖擊過(guò)程中的速度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。

一種使用落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)進(jìn)行沖擊速度的測(cè)量方法，包括如下步驟。

步驟1，調(diào)整平臺(tái)高度：?jiǎn)?dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，降低平臺(tái)高度。

步驟2，試驗(yàn)件夾緊：將復(fù)合材料板材標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件放置在夾板的方形槽上方，通過(guò)夾片和夾板緊固螺栓將試驗(yàn)件夾緊。

步驟3，沖擊角度調(diào)整：首先，根據(jù)需要，確定本次試驗(yàn)的沖擊角度a；然后，擰松所有壁板螺栓，旋轉(zhuǎn)夾板至角度a后，擰緊壁板螺栓。

步驟4，沖擊點(diǎn)位置標(biāo)注：首先根據(jù)需要，確定本次試驗(yàn)中的沖擊位置；然后，以試驗(yàn)件中心位置處為原點(diǎn)，此時(shí)，錘頭底部指向該原點(diǎn)；然后，記沖擊點(diǎn)位置的極坐標(biāo)為（m，n），并在試驗(yàn)件上用記號(hào)筆對(duì)沖擊點(diǎn)位置進(jìn)行標(biāo)注。

步驟5，沖擊點(diǎn)位置調(diào)整：擰松底板螺栓，將夾具底板向左移動(dòng)距離m，后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度n，使步驟4標(biāo)注的沖擊點(diǎn)位置正對(duì)著錘頭的正下方。

步驟6，錘頭與沖擊點(diǎn)位置重合：?jiǎn)?dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，升高平臺(tái)高度，直至試驗(yàn)件接觸到錘頭，并使錘頭與板材的接觸面與步驟4標(biāo)注的沖擊點(diǎn)位置相重合，然后擰緊底板螺栓。

步驟7，激光傳感器位置調(diào)整：將激光傳感器安置在基座上，打開(kāi)激光傳感器并通過(guò)數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，調(diào)整激光傳感器位置，使激光傳感器位于錘頭外周的砝碼盤(pán)下方。

步驟8，激光測(cè)速：將激光傳感器數(shù)據(jù)清零，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；激光傳感器將對(duì)沖擊過(guò)程中，砝碼盤(pán)的瞬時(shí)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)記錄并繪制沖擊速度與時(shí)間曲線。

本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)和方法后，不僅能給復(fù)合材料板材試驗(yàn)件提供緊固的夾持，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件的多角度沖擊，在試驗(yàn)件緊固后還可對(duì)試驗(yàn)件的沖擊位置進(jìn)行調(diào)整，提高了試驗(yàn)操作的靈活性和方便性。此外，通過(guò)對(duì)夾具平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，安裝激光傳感器，以激光自下而上射向錘頭的方式實(shí)時(shí)采集落錘下落過(guò)程中的速度變化，并避免落錘下落過(guò)程中碰撞到激光傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)落錘下落及沖擊過(guò)程中速度變化的實(shí)時(shí)測(cè)量，提高了測(cè)量方便性，通過(guò)單一傳感器數(shù)據(jù)提高了測(cè)量準(zhǔn)確度，并且避免了帶角度沖擊帶來(lái)的速度-時(shí)間變化曲線獲取困難的問(wèn)題。具體效果分析如下：

1.通過(guò)上、下夾板突出的螺紋桿和左、右壁板上孔槽的裝配，可以實(shí)現(xiàn)板材夾緊裝置0-90度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)板材夾緊裝置，可以實(shí)現(xiàn)在0-90度范圍內(nèi)任意沖擊角度的落錘沖擊；

2.通過(guò)底板底部突出的螺桿和平臺(tái)長(zhǎng)條形孔槽的裝配，可以實(shí)現(xiàn)夾具結(jié)構(gòu)的平移和旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)平移距離和旋轉(zhuǎn)角度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試件表面任意位置的落錘沖擊；

3.相較于采用通過(guò)光柵傳感器和力傳感器的組合來(lái)測(cè)量沖擊過(guò)程的速度變化，采用單一的激光傳感器，提高了試驗(yàn)可靠度；

4.相較于采用光柵傳感器采集沖擊瞬間時(shí)間區(qū)間內(nèi)的平均速度，再結(jié)合力傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)力學(xué)公式推倒計(jì)算沖擊過(guò)程速度的方法，采用激光傳感器對(duì)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，降低了試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的難度，提高了測(cè)量精度；

5.通過(guò)將箱體分為上下兩部分，有效避免了落錘下落過(guò)程中對(duì)激光傳感器的碰撞，提高了試驗(yàn)安全性；

6.通過(guò)采用升降平臺(tái)調(diào)節(jié)上下箱體的空間，方便了試驗(yàn)件的更換拆卸，方便了激光傳感器的安裝。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了本發(fā)明一種落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示了本發(fā)明落錘的俯視圖。

圖3顯示了本發(fā)明落錘的主視圖。

其中有：1.夾片；2.夾板；21.試件沖擊槽；3.夾板緊固螺栓；4.壁板；41.中心孔；42.弧形槽；5.落錘；51.錘頭；52.砝碼盤(pán)；53.砝碼；54.錘桿；55.螺母；6.壁板螺栓；7.夾具底板；8.平臺(tái)；81.直條孔；9.底板螺栓；10.絲杠；11.鉸鏈；12.手柄；13.激光傳感器；14.箱體；141.基座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，一種落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)，包括夾具結(jié)構(gòu)、支撐升降結(jié)構(gòu)和激光測(cè)速裝置。

夾具結(jié)構(gòu)包括板材夾緊裝置、多角度旋轉(zhuǎn)裝置和夾具底板7。

板材夾緊裝置包括夾片1、夾板2和夾板緊固螺栓3。

夾板2厚度至少20mm，推薦尺寸為25mm，夾板2中心位置開(kāi)有試件沖擊槽21，試件沖擊槽21優(yōu)選為150mm*100mm深度為4mm的方形槽。

夾片設(shè)置于試件沖擊槽兩側(cè)的夾板上，夾片與夾板可拆卸連接。每片夾片優(yōu)選均通過(guò)三個(gè)夾板緊固螺栓將夾片與夾板螺紋連接。

多角度旋轉(zhuǎn)裝置包括壁板4、壁板螺栓6和底板螺栓9。

夾板兩側(cè)各設(shè)置一塊壁板，每塊壁板均豎直設(shè)置，每塊壁板底部均與夾具底板7固定連接，優(yōu)選為焊接。

每塊壁板上均設(shè)置有中心孔41和兩個(gè)弧形槽42，兩個(gè)弧形槽關(guān)于中心孔對(duì)稱；中心孔和每個(gè)弧形槽內(nèi)均各設(shè)置有一個(gè)用于將壁板與夾板可拆卸連接的壁板螺栓，位于弧形槽內(nèi)的壁板螺栓能沿弧形槽滑移并鎖緊；當(dāng)壁板螺栓全部擰松后，夾板能沿弧形槽進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

每個(gè)弧形槽均優(yōu)選為1/4圓弧槽，也即為夾板能沿弧形槽進(jìn)行90°的旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，至少有一個(gè)弧形槽上設(shè)置有角度刻度線。

支撐升降結(jié)構(gòu)包括平臺(tái)8和升降驅(qū)動(dòng)裝置，平臺(tái)能在升降驅(qū)動(dòng)裝置的作用下進(jìn)行高度升降。

平臺(tái)中部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有直條孔81，夾具底板通過(guò)底板螺栓與平臺(tái)可拆卸連接；底板螺栓的頭部位于夾具底板上方，底板螺栓的桿部依次穿過(guò)夾具底板和直條孔，并能沿直條孔滑移并鎖緊固定；當(dāng)?shù)装迓菟〝Q松后，夾具底板能以底板螺栓為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并能沿直條孔滑移。

落錘設(shè)置在夾具結(jié)構(gòu)的上方，如圖2和圖3所示，落錘包括從上至下依次同軸設(shè)置的砝碼53、砝碼盤(pán)52和錘頭51。

錘頭優(yōu)選與錘桿54一體設(shè)置，砝碼盤(pán)和錘頭固定連接，砝碼套裝在位于砝碼盤(pán)上方的錘桿上；錘頭底部指向夾板上的試件沖擊槽。

上述升降驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選包括基座141、絲桿10、鉸鏈11和鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置。

基座141優(yōu)選為箱體14的底板，箱體14上下左右后五個(gè)面為封閉面，前面為開(kāi)放面，平臺(tái)8優(yōu)選將箱體14分割成上下兩部分，有效避免了落錘下落過(guò)程中對(duì)激光傳感器的碰撞，提高了試驗(yàn)安全性。

絲桿至少有兩根，本發(fā)明中優(yōu)選為兩根。

每根絲桿的中部均與平臺(tái)螺紋連接，每根絲桿的底部均與基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，鉸鏈與所有絲桿相連接，鉸鏈在鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)所有絲桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置為手柄12或電機(jī)等，鉸鏈圍繞絲杠和手柄形成三角狀；絲杠與平臺(tái)螺紋連接。

激光測(cè)速裝置包括激光傳感器13和與激光傳感器相連接的計(jì)算機(jī)，激光傳感器設(shè)置于位于錘頭外周的砝碼盤(pán)下方。激光傳感器包括激光發(fā)射端和激光接收端。

一種使用落錘沖擊試驗(yàn)用板材夾具平臺(tái)進(jìn)行沖擊速度的測(cè)量方法，包括如下步驟。

步驟1，調(diào)整平臺(tái)高度：?jiǎn)?dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，降低平臺(tái)高度。

步驟2，試驗(yàn)件夾緊：將復(fù)合材料板材標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件放置在夾板的方形槽上方，通過(guò)夾片和夾板緊固螺栓將試驗(yàn)件夾緊。

復(fù)合材料板材標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件的尺寸優(yōu)選為150mm*100mm*5mm。

步驟3，沖擊角度調(diào)整：首先，根據(jù)需要，確定本次試驗(yàn)的沖擊角度a；然后，擰松所有壁板螺栓，旋轉(zhuǎn)夾板至角度a后，擰緊壁板螺栓。

步驟4，沖擊點(diǎn)位置標(biāo)注：首先根據(jù)需要，確定本次試驗(yàn)中的沖擊位置；然后，以試驗(yàn)件中心位置處為原點(diǎn)，此時(shí)，錘頭底部指向該原點(diǎn)；然后，記沖擊點(diǎn)位置的極坐標(biāo)為（m，n），并在試驗(yàn)件上用記號(hào)筆對(duì)沖擊點(diǎn)位置進(jìn)行標(biāo)注。

步驟5，沖擊點(diǎn)位置調(diào)整：擰松底板螺栓，將夾具底板向左移動(dòng)距離m，后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度n，使步驟4標(biāo)注的沖擊點(diǎn)位置正對(duì)著錘頭的正下方。

步驟6，錘頭與沖擊點(diǎn)位置重合：?jiǎn)?dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，升高平臺(tái)高度，直至試驗(yàn)件接觸到錘頭，并使錘頭與板材的接觸面與步驟4標(biāo)注的沖擊點(diǎn)位置相重合，然后擰緊底板螺栓。

步驟7，激光傳感器位置調(diào)整：將激光傳感器安置在基座上，打開(kāi)激光傳感器并通過(guò)數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，調(diào)整激光傳感器位置，使激光傳感器位于錘頭外周的砝碼盤(pán)下方。

步驟8，激光測(cè)速：將激光傳感器數(shù)據(jù)清零，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；激光傳感器將對(duì)沖擊過(guò)程中，砝碼盤(pán)的瞬時(shí)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)記錄并繪制沖擊速度與時(shí)間曲線。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。