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原文传递材料动态测量方法和轴向振动测量系统

专利名称：	材料动态测量方法和轴向振动测量系统
摘要：	本申请提供一种材料动态测量方法和轴向振动测量系统，可以用于消除材料动态拉伸试验中振铃效应，利用单一模态振动传感器和测量电路，使得测量信号仅含有单一模态轴向振动信号，并通过单自由度振动系统模型推导出真实信号求解方程。此时，仅需要控制整个系统振动模态，而对振动频率本身没有太多要求，克服了传统方法由于固有频率提升有限，无法用于更高应变率试验的问题。并且，测量信号中单一的振动成分为数据，为消除振铃效应提供便利。根据求解方程，可以较为准确的恢复真实信号，不会造成明显信息丢失。
专利类型：	发明专利
申请人：	清华大学
发明人：	应鹏飞;陈文韬;葛宇龙;夏勇;周青
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T20:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN201911324552.7
公开号：	CN111122320A
代理机构：	北京华进京联知识产权代理有限公司
代理人：	魏朋
分类号：	G01N3/08;G01N3/06;G01H11/06;G;G01;G01N;G01H;G01N3;G01H11;G01N3/08;G01N3/06;G01H11/06
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园1号
主权项：	1.一种材料动态测量方法，其特征在于，包括： S110，提供轴向振动测量系统(600)，所述轴向振动测量系统(600)包括传感器(10)，所述传感器(10)包括待测件固定部(100)、夹持部(200)、应变片固定位(300)以及多个应变片(610)，所述待测件固定部(100)具有中心对称轴(130)，所述夹持部(200)垂直固定于所述待测件固定部(100)一表面的中心，所述夹持部(200)的轴线通过所述中心对称轴(130)，所述应变片固定位(300)位于所述夹持部(200)靠近所述待测件固定部(100)的一端，所述待测件固定部(100)用以固定待测件(500)，所述多个应变片(610)中每两个所述应变片(610)设置于所述应变片固定位(300)相对表面位置，并一一相对设置； S120，将所述轴向振动测量系统(600)中所述待测件固定部(100)等效为质量块(710)，将所述夹持部(200)等效为阻尼(720)和弹簧(730)，所述质量块(710)、所述阻尼(720)和所述弹簧(730)形成单自由度振动模型(700)； S130，对所述待测件(500)进行沿所述中心对称轴(130)方向的拉伸，根据牛顿第二定律获得所述单自由度振动模型(700)的受迫振动微分方程mx″(t)+cx′(t)+kx(t)＝F(t)，其中x(t)为所述轴向振动测量系统等效位移，F(t)为所述传感器(10)受到的轴向拉力，m为所述轴向振动测量系统(600)等效质量、c为所述轴向振动测量系统(600)的等效阻尼、k为所述轴向振动测量系统(600)等效弹性系数； S140，将测量信号与所述轴向振动测量系统等效位移的线性关系式x(t)＝pV(t)代入所述受迫振动微分方程中，并根据阻尼比和固有频率，获得解析方程其中，p为常数，ω0为所述单自由度振动模型(700)的无阻尼固有振动角频率，ξ为所述单自由度振动模型(700)的阻尼比，V(t)为所述测量信号，Vr(t)为真实信号； S150，当所述待测件(500)断裂后，根据所述解析方程，获得尾波自由振动微分方程对所述尾波自由振动微分方程求解并增加零飘项B，获得尾波信号其中，尾波振幅A、所述零飘项B、所述阻尼比ξ、所述无阻尼固有振动角频率ω0、进入尾波时间t0均为常数。 2.如权利要求1所述的材料动态测量方法，其特征在于，还包括： S160，预设所述尾波信号中A、B、ξ、ω0、t0参数中任意三个参数，对剩余两个参数进行优化，直至A、B、ξ、ω0、t0参数中所有参数至少优化一次，获得优化后的参数A优、B优、ξ优、ω0优、t0优； S170，根据优化后获得的参数ξ优与ω0优，并带入所述尾波自由振动微分方程获得所述测量信号V(t)。 3.如权利要求2所述的材料动态测量方法，其特征在于，还包括： S180，根据所述测量信号V(t)、所述无阻尼固有振动角频率ω0优以及所述阻尼比ξ优，带入所述解析方程求解，获得所述真实信号Vr(t)。 4.如权利要求3所述的材料动态测量方法，其特征在于，在所述S180中，通过中心差分法，对所述解析方程进行求解，获得所述真实信号Vr(t)。 5.如权利要求3所述的材料动态测量方法，其特征在于，在所述S180中，通过傅里叶展开法或Tikhonov法，对所述解析方程进行求解，获得所述真实信号Vr(t)。 6.一种材料动态测量方法，其特征在于，包括： S210，提供轴向振动测量系统(600)，所述轴向振动测量系统(600)具有轴向振动，所述轴向振动测量系统(600)包括传感器(10)，所述传感器(10)包括待测件固定部(100)、夹持部(200)、应变片固定位(300)以及多个应变片(610)，所述待测件固定部(100)具有中心对称轴(130)，所述夹持部(200)垂直固定于所述待测件固定部(100)一表面的中心，所述夹持部(200)的轴线通过所述中心对称轴(130)，所述应变片固定位(300)位于所述夹持部(200)靠近所述待测件固定部(100)的一端，所述待测件固定部(100)用以固定待测件(500)，所述多个应变片(610)中每两个所述应变片(610)设置于所述应变片固定位(300)相对表面位置，并一一相对设置； S220，将所述轴向振动测量系统(600)中所述待测件固定部(100)等效为质量块(710)，将所述夹持部(200)等效为阻尼(720)和弹簧(730)，所述质量块(710)、所述阻尼(720)和所述弹簧(730)形成单自由度振动模型(700)； S230，对所述待测件(500)进行沿所述中心对称轴(130)方向的拉伸，根据牛顿第二定律获得所述单自由度振动模型(700)的受迫振动微分方程mx″(t)+cx′(t)+kx(t)＝F(t)，其中x(t)为所述轴向振动测量系统等效位移，F(t)为所述传感器(10)受到的轴向拉力，m为所述轴向振动测量系统(600)等效质量、c为所述轴向振动测量系统(600)的等效阻尼、k为所述轴向振动测量系统(600)等效弹性系数； S240，将所述受迫振动微分方程mx″(t)+cx′(t)+kx(t)＝F(t)改写变型，获得变型受迫振动微分方程 S250，根据所述变型受迫振动微分方程，获得经过时间预测步长Δt状态后的所述轴向振动测量系统等效位移x(t)的递推表达式其中，ω0为所述单自由度振动模型(700)的无阻尼固有振动角频率，ξ为所述单自由度振动模型(700)的阻尼比，C1与C2为系数； S260，对所述轴向振动测量系统等效位移x(t)的递推表达式进行泰勒展开并保留二阶项，获得泰勒展开的x(t+Δt) S270，当所述待测件(500)断裂后，根据所述泰勒展开的x(t+Δt)获得自由振动泰勒展开的 S280，根据所述泰勒展开的x(t+Δt)与所述自由振动泰勒展开的获得经过所述时间预测步长Δt状态后的所述轴向拉力F(t)的表达式 S290，将经过所述时间预测步长Δt状态后的所述轴向拉力F(t+Δt)转换为电压信号，获得经过所述时间预测步长Δt状态后的真实信号Vr(t) 7.如权利要求6所述的材料动态测量方法，其特征在于，还包括： S300，获取所述时间预测步长Δt对应的离散数据点数n，所述轴向振动测量系统(600)的振动角频率ω以及采样频率λ； S310，根据所述离散数据点数n、所述振动角频率ω以及所述采样频率λ，获得随周期变化的归一化系数z S320，根据所述归一化系数z，获得修正系数g： g＝1.00677-0.2879z+10.32392z2-50.85407z3+186.72183z4-306.85172z5+218.53269z6； S330，根据所述修正系数g，获得修正后的所述真实信号gVr(t)。 8.如权利要求7所述的材料动态测量方法，其特征在于，在所述S310中，所述归一化系数z小于等于0.5。 9.一种轴向振动测量系统，其特征在于，包括传感器(10)，所述传感器(10)包括：待测件固定部(100)，具有中心对称轴(130)；夹持部(200)，垂直固定于所述待测件固定部(100)一表面的中心，所述夹持部(200)的轴线通过所述中心对称轴(130)；应变片固定位(300)，位于所述夹持部(200)靠近所述待测件固定部(100)的一端，所述待测件固定部(100)用以固定待测件(500)；多个应变片(610)，设置于所述应变片固定位(300)，每两个所述应变片(610)设置于所述应变片固定位(300)相对表面位置，并一一相对设置。 10.如权利要求8所述的轴向振动测量系统，其特征在于，所述应变片固定位(300)具有第一表面(310)以及与所述第一表面(310)相对的第二表面(320)，设置于所述第一表面(310)的所述应变片(610)和设置于所述第二表面(320)的所述应变片(610)一一相对设置；所述轴向振动测量系统还包括：测量电路(620)，包括第一辅助电阻(621)与第二辅助电阻(622)，所述第一辅助电阻(621)与所述第二辅助电阻(622)并联连接；设置于所述第一表面(310)的所述应变片(610)与所述第一辅助电阻(621)串联连接，设置于所述第二表面(320)的所述应变片(610)与所述第二辅助电阻(622)串联连接。 11.如权利要求10所述的轴向振动测量系统，其特征在于，所述多个应变片(610)的等效电阻阻值相同，所述第一辅助电阻(621)的电阻阻值为所述应变片(610)等效电阻阻值的2倍，所述第二辅助电阻(622)与所述第一辅助电阻(621)的电阻阻值相同。
所属类别：	发明专利