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沖擊力、碰撞力測量方法

沖擊力、碰撞力測量方法

時間: 2022-03-03

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沖擊力傳感器量程的選擇:

在工程試驗中,通常有擺錘式沖擊與落錘式沖擊兩種動力輸出方式,兩種試驗設備都是通過將重物提取一定高度釋放,獲取一定的沖擊初始速度與能量。

落錘沖擊設備

沖擊功與力的關系:

根據能量守恒定律,忽略損耗能量,既有沖擊功

K=1/2mv2,K=mgh,有mgh=1/2mv2

K為沖擊功,h為初始高度,v為沖擊速度

沖擊力與位移的關系:

假設沖擊位移為d,沖擊過程平均力為F,則有

K=F.d

在實際測量沖擊力測量過程中,d不是很容易確定,我們通過釋放4.5kg鋼球沖擊不同材料試驗得到以下數據:

力-位移關系

 力-時間關系

在實際沖擊力測量選型時,可通過估算沖擊力脈寬時間、沖擊位移進行傳感器量程估計,沖擊載荷與靜態載荷沒有必然聯系,一般也可按照靜態載荷的3-5倍來估算沖擊力傳感器的量程,實際工程試驗中,沖擊力受沖擊速度、錘重與質量分布、結構剛度、沖擊頭形狀、沖擊材料影響。

沖擊力傳感器類型選擇:

目前測量沖擊力有兩種傳感器,一種為小量程力傳感器、一種大量程沖擊力傳感器,兩種傳感器各有優勢。小量程傳感器結構剛度大、響應快,可獲得更高的響應頻率,但是傳感器量程一般較小,如需測量大的沖擊,需多個傳感器并用,成本高。并且這種力傳感器在實際測量時難以進行靜載標定。適用于小量程沖擊力測量。

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r-iy型小量程沖擊力傳感器

大量程沖擊力傳感器量程大,并且在大量程沖擊力測量時,其優勢明顯,可測量100kN-100000kN沖擊力,并且量程越大其相應頻率越高,可滿足大量程沖擊力測量的需要,但其在小量程下,傳感器結構剛度低、固有頻率小,不適合用于小量程沖擊力測量。

r-ip-100.jpg

r-ip型大量程沖擊力傳感器

微信圖片_20180108180021.jpg

沖擊力傳感器在選擇與使用時,安裝方式、傳感器結構對測量數據影響較大,壓電傳感器不合理的安裝結構會產生力的分流與偏心,導致測量數據不準確,應變式傳感器有多種結構,但是適用于沖擊力測量的傳感器較少,主要是傳感器結構設計造成,我們在實際解決客戶現場沖擊力過程中,多次發現客戶采用靜態力傳感器測量沖擊力的情況,選用時請謹慎。

沖擊力數據采集系統選擇:

沖擊力傳感器需與相應的數據采集系統連接方可實現測試數據的顯示、存儲于分析,數據采集系統與傳感器接口需類型、量程匹配才可進行測量。一般數據采集系統的采樣速率在100kHz-4M之間,對于不同的試驗往往需要不同的采樣率。如沖擊柔性材料,較低的采樣率即可,而沖擊剛性材料或觀察裂紋擴展時間等,則需要1MHz以上的采樣率。

沖擊卡帶陰影.png

高速數據采集卡

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測量軟件




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