本發(fā)明涉及金屬材料試驗
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種確定金屬材料接觸碰撞中恢復(fù)系數(shù)的試驗裝置。
背景技術(shù)：
：在機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析中，兩構(gòu)件通過點接觸或線接觸而構(gòu)成的高副屬于基本運(yùn)動副之一。為了精確計算高副中兩個構(gòu)件之間在相對滑動導(dǎo)致的磨損，往往需要獲得兩構(gòu)件之間接觸中發(fā)生的碰撞力及其材料接觸變形信息，為了獲取碰撞力與材料接觸變形的關(guān)系中包含阻尼滯后效應(yīng)，必須確定兩種金屬材料之間的碰撞恢復(fù)系數(shù)。不同金屬材料接觸碰撞，其碰撞恢復(fù)系數(shù)也是不一樣的，現(xiàn)有測量方法一般通過精確測量碰撞材料的前后速度變化，以獲得碰撞恢復(fù)系數(shù)。而精確檢測速度一般難以進(jìn)行。此外，測量碰撞材料碰撞前后的彈跳高度變化，也是一種有效測量方式，但是材料碰撞后彈起的高度變化是動態(tài)的，準(zhǔn)確獲得其彈起后的最高高度值也比較困難，影響了碰撞恢復(fù)系數(shù)的計算結(jié)果精度。一旦能夠精確獲得該碰撞恢復(fù)系數(shù)，則可以獲得高副中兩構(gòu)件之間碰撞力與金屬材料接觸變形中的阻尼滯后效應(yīng)，從而有利于計算高副中兩構(gòu)件之間的磨損壽命。如圖1所示，材料1和材料2(均為金屬材料)在接觸碰撞中沿著公切線方向相對滑動，其相對滑動速度為V1，F(xiàn)N和FN'為大小相等方向相反的法向碰撞力。該碰撞力和變形量的關(guān)系如式(1)所示：FN=Kδn+Dδ·---(1)]]>其中，式(1)中的第一項表示剛度項，第二項表示阻尼滯后項，K為剛度系數(shù)，δ為變形量，為變形速度，n為接觸變形的冪指數(shù)，D為阻尼系數(shù)，具體形式如式(2)所示：μ=3K(1-e2)4δ·(-)---(2)]]>由式(2)可以看出，為了獲得阻尼系數(shù)D，必須獲得材料的碰撞恢復(fù)系數(shù)e。有鑒于此，本發(fā)明人研制出一種可快速有效地確定金屬材料接觸碰撞中恢復(fù)系數(shù)的試驗裝置。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種確定金屬材料接觸碰撞中恢復(fù)系數(shù)的試驗裝置，其結(jié)構(gòu)簡單易操作，通過測試金屬材料接觸碰撞過程中的時間變化，即可獲得精確的碰撞恢復(fù)系數(shù)，相比傳統(tǒng)的速度測量、動態(tài)高度測量更容易，測量精度也更高。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種確定金屬材料接觸碰撞中恢復(fù)系數(shù)的試驗裝置，包括金屬球、金屬板、速度傳感器和采集卡；所述金屬球位于金屬板上方，且金屬球與金屬板距離固定，速度傳感器放置在金屬板上，采集卡與速度傳感器電連接。所述試驗裝置還包括底座、支架和橫梁；所述金屬板和支架固定在底座上，橫梁安裝在支架上，且橫梁位于金屬板上方，金屬球嵌置于橫梁中。所述試驗裝置還包括計算機(jī)，計算機(jī)與采集卡電連接。所述金屬板為長方板。采用上述方案后，本發(fā)明工作原理如下：將金屬球從固定高度掉落至金屬板上，金屬球與金屬板碰撞后彈起，然后又落下、彈起，直至金屬球停止在金屬板上，加速度傳感器記錄此過程中金屬球加速度變化信息(包括加速度值和時間值)，采集卡將加速度變化信息采集起來，根據(jù)加速度變化信息便可計算出恢復(fù)系數(shù)。本發(fā)明的有益效果是：試驗裝置簡單易行，成本低，能夠通過該裝置精確測得金屬球與金屬板碰撞后加速度隨時間變化信息，可用于確定任意接觸碰撞材料的恢復(fù)系數(shù)，從而獲得接觸碰撞材料中的阻尼滯后影響，進(jìn)而為獲得高副中兩接觸碰撞材料的磨損情況及其壽命評估提供必要條件。以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。附圖說明圖1是兩種金屬材料構(gòu)成的接觸碰撞示意圖；圖2是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是加速度隨時間變化曲線圖。標(biāo)號說明金屬球1，金屬板2，速度傳感器3，采集卡4，底座5，支架6，橫梁7，計算機(jī)8具體實施方式如圖2所示，本發(fā)明揭示的一種確定金屬材料接觸碰撞中恢復(fù)系數(shù)的試驗裝置，包括金屬球1、金屬板2、速度傳感器3和采集卡4；所述金屬球1位于金屬板2上方，且金屬球1與金屬板2距離固定，速度傳感器3放置在金屬板2上，采集卡4與速度傳感器3電連接。所述試驗裝置還包括底座5、支架6和橫梁7；所述金屬板2和支架6固定在底座5上，橫梁7安裝在支架6上，且橫梁7位于金屬板2上方，金屬球1嵌置于橫梁7中。所述試驗裝置還包括計算機(jī)8，計算機(jī)8與采集卡4電連接，計算機(jī)8能夠?qū)崟r獲取采集卡4所采集的數(shù)據(jù)，并且可通過成圖等方式快速給出加速度隨時間變化的趨勢圖。本實施例中，所述金屬板2為長方板，金屬球1在金屬板2中跳動位置不固定，因此長方形板可有效避免金屬球從長方板中跳出。以下為本發(fā)明的試驗原理：將金屬球1從固定高度掉落至金屬板2上，金屬球1與金屬板2碰撞后彈起，然后又落下、彈起，直至金屬球1停止在金屬板2上，加速度傳感器3記錄此過程中金屬球加速度變化信息(包括加速度值和時間值)，采集卡4將加速度變化信息采集起來，根據(jù)加速度變化信息便可計算出恢復(fù)系數(shù)。以下為利用本發(fā)明的試驗裝置測得的實例數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理過程：表1加速度隨時間變化的試驗數(shù)據(jù)參照3所示為加速度隨時間變化曲線。試驗數(shù)據(jù)處理方法如下：(1)從圖3中取8個加速度峰值對應(yīng)的時間，分別如下表2所示：序號12345時間(s)1.2631.6411.9142.1252.298序號6789時間(s)2.4462.5682.672.762(2)計算8個時間對應(yīng)的時間間隔Δti，如下表3所示：序號1234時間間隔Δti0.3780.2730.2110.173序號5678時間間隔Δti0.1480.1220.1020.092(3)根據(jù)令n分別為4和8，可計算T4＝1.035和T8＝1.642；(4)根據(jù)令n＝4，可計算e為0.8751。以上僅為本發(fā)明的具體實施例，并非對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。凡依本案的設(shè)計思路所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3