专利名称：弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量同时测定方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于工程材料物理特性检测领域，涉及一种弹性材料压杆后屈曲形变行为参数和弹性模量同时测定的方法及综合装置，尤其涉及弹性材料压杆后屈曲端部轴向位移量、中点挠度和端部转角以及弹性模量同时测定的方法及装置。
背景技术：
压杆后屈曲大挠度力学特性分析计算是工程上研制某些特殊部件过程中的关键技术，在细长压杆几何非线性分析中，在一定的假设条件下可以使得模型简化，分析结果能很好地满足工程要求，为工程设计提供了理论支撑。例如压杆后屈曲大挠度理论已成功地应用于高压输送线相间合成绝缘间隔棒设计、应用于微电子机械系统(MEMS)柔性结构大挠度双稳态跳跃分析、应用于微创介入手术主动导管设计等，这些设计和应用的核心是这些部件材料的后屈曲形变行为和弹性模量，因此，方便、非接触、智能化的弹性材料的后屈曲形变行为和弹性模量的测定是关键。 梁军(食品科技，1991，⑴28)利用横尺和纵尺研制了测定挂面后屈曲的中点挠度和端部轴向位移量的简易挂面弯曲断条检测仪，但通过手动和目测测量，精度低、操作不便。范钦珊主编的高等教育出版社2002年出版的“工程力学(I)”(P340-342)中利用特制专用加载机和接触式电位器测定细长型压杆的后屈曲形变参数，但试样尺寸大，需要特制专用加载机，加载机尺寸非常庞大、结构复杂，而且中点挠度测定采用有接触测量，测量精度低，仅适合尺寸大的试样，不适合尺寸小的试样。目前，中国专利号为ZL200810243157.I、名称为“基于轴向压缩量的挂面弯曲折断率测定方法及测定仪”，采用端部轴向位移量代替端部转角测定挂面的抗弯能力，但挂面的中点挠度和端部转角仍然是通过标尺和角度刻度线通过目测测量，测量精度低、操作不便。中国专利号为ZL200910030016. 6、名称为“基于压杆后屈曲的挂面弹性模量测定方法”，利用通用物性仪测定基于压杆后屈曲的挂面弹性模量的测定方法，但未涉及挂面形变参数测量。中国专利号为ZL200920231756. I、名称为“基于端部轴向位移量的挂面弯曲折断率智能化测定仪”，是在上述专利ZL200810243157. I的基础上利用触摸屏技术、步进直线电机传动技术和PLC控制技术对端部轴向位移量代替端部转角测定挂面的抗弯能力，以及对测定仪的参数输入输出、端部轴向位移量实现的传动方法和控制方法等方面进行了改进，但不能测定试样的弹性模量和解析试样后屈曲形变参数。上述涉及弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量测定的文献中，都未涉及弹性材料后屈曲形变参数中点挠度和端部转角高精度、非接触式测定和形变参数与弹性模量的同时测定以及具有力测定、后屈曲形变图像采集和解析功能的测定仪。上述涉及挂面的抗弯能力和弹性模量文献中，均未涉及其他工程弹性材料的后屈曲形变参数和弹性模量的测定，目前其他工程弹性材料(金属材料、塑料、复合材料等)的弹性模量测定一般采用有拉伸法、压缩法和三点弯曲法，未见采用后屈曲法测定其弹性模量。因此，有关利用图像处理法测定弹性材料后屈曲形变参数中点挠度和端部转角，并同时测定弹性模量的方法未见文献报道。

发明内容
本发明的目的是提供一种弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量同时测定装置及方法，利用图像处理法，高精度、非接触式同时测定弹性材料后屈曲形变参数中点挠度、端部转角和弹性模量，装置简单，体积小，成本低，控制和检测自动化程度高。为实现上述目的，本发明弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量同时测定装置采用的技术方案是在底座上设有静支撑挡板和动支撑挡板，试样的两端部分别位于静支撑挡板和动支撑挡板上的槽内，在动支撑挡板相对于试样的另一侧设置与动支撑挡板直接连接的直线步进机，静支撑挡板旁侧设置获取试样施加载荷的力传感器，直线步进机经驱动器连接PLC控制器，PLC控制器由模数转换块连接信号放大器，信号放大器与力传感器相接；在静支撑挡板和动支撑挡板的正下方设置扫描仪，扫描仪连接外置的笔记本电脑，笔记本电脑内置图像处理与分析软件。本发明弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量同时测定方法采用的技术方案是具有如下步骤1)由PLC控制器经驱动器控制直线步进电机，通过直线步进电机推动动支撑挡板使试样产生后屈曲形变，当动支撑挡板到达端部轴向位移规定值时直线步进电机自动停止，扫描仪采集试样的后屈曲形变的图像并传送到笔记本电脑，用图像处理分析软件对试样的后屈曲形变图像进行中值滤波去噪、阈值化和细线化处理，得到试样的后屈曲形变图像骨架；2)从后屈曲形变图像骨架上确定试样的最左端点坐标和最右端点坐标/m，n
根据公式
权利要求
1.一种弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量同时测定装置，在底座(I)上设有静支撑挡板(3)和动支撑挡板(6)，试样(4)的两端部分别位于静支撑挡板(3)和动支撑挡板(60上的槽内，在动支撑挡板(6)相对于试样(4)的另一侧设置与动支撑挡板(6)直接连接的直线步进机(7)，其特征是静支撑挡板(3)旁侧设置获取试样(4)施加载荷的力传感器(2)，直线步进机(7 )经驱动器(8 )连接PLC控制器(9 )，PLC控制器(9 )由模数转换块(10 )连接信号放大器(12),信号放大器(12)与力传感器(2)相接；在静支撑挡板(3)和动支撑挡板(6)的正下方设置扫描仪(5),扫描仪(5)连接外置的笔记本电脑(14),笔记本电脑(14)内置图像处理与分析软件。
2.根据权利要求I所述的测定装置，其特征是PLC控制器(9)连接触摸屏系统(11)。
3.—种如权利要求I所述测定装置的测定方法，其特征是具有如下步骤 1)由PLC控制器(9)经驱动器(8 )控制直线步进电机(7 )，通过直线步进电机(7 )推动动支撑挡板(6 )使试样(4 )产生后屈曲形变，当动支撑挡板(6 )到达端部轴向位移规定值时直线步进电机(7)自动停止，扫描仪(5)采集试样(4)的后屈曲形变的图像并传送到笔记本电脑(14)，用专用图像处理分析软件对试样(4)的后屈曲形变图像进行中值滤波去噪、阈值化和细线化处理，得到试样(4)的后屈曲形变图像骨架； 2)从后屈曲形变图像骨架上确定试样(4)的最左端点坐标」和最右端点坐标/;n，根 据公式
全文摘要
本发明公开一种弹性材料后屈曲形变参数和弹性模量同时测定方法及装置，由PLC控制器经驱动器控制直线步进电机，通过直线步进电机推动动支撑挡板使试样产生后屈曲形变，扫描仪采集试样的后屈曲形变的图像并传送到笔记本电脑，用图像处理分析软件对试样处理，得到后屈曲形变图像骨架；从后屈曲形变图像骨架上确定试样的最左端点坐标和最右端点坐标，计算出左端点坐标和右端点坐标之间的弦长的中点坐标，再计算出中点挠度、端部转角和弹性弹性模量值，本发明实现了压杆后屈曲法弹性模量与压杆后屈曲形变参数同步测定，使弹性模量测定和计算过程得到简化，测试操作简单，提高了测定精度，装置实现了小型化、智能化和自动化。
文档编号G01N3/20GK102818732SQ201210261139
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者姜松, 徐斌, 朱红力, 董英, 陈章耀, 任晓锋, 曾昕鑫 申请人:江苏大学