材料緩沖性能測試系統的設計

1 前言

我們從1990年開(kāi)始與西北機器廠(chǎng)合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)緩沖材料沖擊試驗機。并用Visual C++作為軟件開(kāi)發(fā)平臺，開(kāi)發(fā)了材料緩沖特性的測試系統。經(jīng)過(guò)多年來(lái)不斷的完善，已經(jīng)成為功能強大、性能穩定的測試系統。2003年該測試系統獲得陜西省教學(xué)成果二等獎。先后有北京印刷學(xué)院、株洲工學(xué)院、西安理工大學(xué)等院校購買(mǎi)我們的系統。
電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計| 平衡儀|
2 材料緩沖特性測試虛擬儀器的總體設計

本系統依照GB8167-87《包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗方法》的要求，用于在緩沖材料沖擊試驗機上對緩沖材料進(jìn)行緩沖性能動(dòng)態(tài)壓縮試驗，以求得各種不同密度、不同配方的緩沖材料，如發(fā)泡聚乙烯、發(fā)泡聚苯乙烯、蜂窩紙板等，在不同的靜應力下，對于不同跌落高度，材料所表現出的最大加速度——靜應力曲線(xiàn)，緩沖系數——最大應力曲線(xiàn)，動(dòng)態(tài)應力——應變等曲線(xiàn)和數據，用以進(jìn)行運輸包裝件的緩沖襯墊的設計。是緩沖材料生產(chǎn)商（如泡沫塑料、蜂窩紙板等生產(chǎn)商）、珍貴機電、家電設備（如計算機、電視機等）生產(chǎn)商、包裝工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)和科研不可缺少的試驗裝備。硬件部分由緩沖材料沖擊試驗機，加速度計，電荷放大器，計算機、數據采集板等部分組成。軟件部分由數據采集、速度測試、數字濾波、數據分析、曲線(xiàn)顯示、曲線(xiàn)擬合、實(shí)驗報告等幾個(gè)模塊組成(圖1)。

圖 1 材料緩沖性能虛擬儀器總體設計

3 系統構成：

（1）Y52-2/ZF緩沖材料沖擊試驗機臺體 1臺
滑臺最大落下高度 1200mm
最大跌落重量 50kgf
輕臺自重 2kgf（最小靜應力500Pa）
重臺自重 7kgf
最小重量增量 1kgf
（2）數據采集接口板 1臺；
（3）壓電型加速度計 1只
（4）試驗機控制器 1臺
（5）電荷放大器 1臺
（6）緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗數據采集與處理軟件（Windows界面，VC編程）
專(zhuān)業(yè)版 ITHC-Pro2.0 1套
演示版 ITHC-Demo2.0 1套

4 系統特點(diǎn)：

（1）任意情況下都能可靠采集沖擊加速度—時(shí)間信號（圖2）。

圖2 加速度時(shí)間曲線(xiàn)

（2）提供各種FIR數字濾波器對加速度信號進(jìn)行濾波，保證了信號不會(huì )失真，這對于研究緩沖材料力學(xué)性能，開(kāi)發(fā)新型緩沖材料特別重要（圖3）。

圖 3 數字濾波器和濾波后的曲線(xiàn)

（3）以線(xiàn)性或對數方式顯示最大加速度-靜應力，緩沖系數-最大應力和動(dòng)態(tài)應力-應變等曲線(xiàn)。既可以單一地顯示曲線(xiàn)，又可以把擬合曲線(xiàn)和原始離散數據同時(shí)顯示（圖4）。

圖 4 用對數方式輸出的擬合后的最大加速度靜應力曲線(xiàn)

（4）提供多種曲線(xiàn)擬合方案，特別是手工擬合，更使您得心應手。用離散數據往擬合曲線(xiàn)的工作是很復雜的。雖有人提供了200多種函數，供擬合數據使用，但還沒(méi)有一種適合任意一組離散數據的通用的方法。我們給出的手工擬正當使您能為所欲為地天生光滑連續的擬合曲線(xiàn)。
（5）隨意的取圖功能使您能得到您想要的任意一幅圖
（6）全自動(dòng)命名文件，無(wú)需人為干預

圖 5擬合后的緩沖系數曲線(xiàn)

5結束語(yǔ)

基于虛擬儀器技術(shù)，開(kāi)發(fā)出的材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗的虛擬儀器，它具有操縱簡(jiǎn)單、功能強大、數據能永久性保存，自動(dòng)化、可視化程度高等特點(diǎn)，為貫徹實(shí)施國家標準提供了強有力的支持，作為緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮測試的專(zhuān)用虛擬儀器，填補了國內的空缺，對于緩沖材料的研究、試驗和測試有重要的意義。