專利名稱：力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料與信息科學(xué)，特別提供了一種力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外材料拉伸(壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn))試驗(yàn)過程中規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度和延伸率等的測試需要人為設(shè)定一些條件或人工處理而獲得測試指標(biāo)(結(jié)果)，通常測試方法如下(以拉伸試驗(yàn)為例)A、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp)的測量在傳統(tǒng)的拉伸試驗(yàn)中，試驗(yàn)記錄系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)、X-Y記錄儀)會繪制一條“力-位移”曲線(“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線)。操作者依靠肉眼觀察拉伸曲線上的彈性直線段部分，想象選擇兩個坐標(biāo)點(diǎn)建立一條直線(即“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線上的直線部分，該直線被人為置換成被檢材料的彈性變形過程，該直線與實(shí)際測試曲線的擬合程度直接影響檢測結(jié)果的大小)。計(jì)算機(jī)會根據(jù)操作者輸入指令在應(yīng)變(延伸或位移)軸與人工設(shè)定直線的距離等效于規(guī)定的非比例應(yīng)變(延伸率，例如0.2％延伸率)處自動生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp)的值(例如Rp0.2)。如圖1所示。
B、下屈服強(qiáng)度的測量目前下屈服強(qiáng)度的測量是操作者根據(jù)測得的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線圖形與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo))中給出的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線比較，選擇相似類型，人工確定其位置而得到。由于金屬材料種類繁多，狀態(tài)各異，測得的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線形狀與標(biāo)準(zhǔn)中推薦的幾種典型曲線不盡相同，因而操作者在判定時也有一定難度。
C、斷后伸長率(A)和最大力非比例伸長率(Ag)的測定在實(shí)際測試中，通常A及Ag的測量是由人工設(shè)定彈性直線段位置后由系統(tǒng)計(jì)算給出，或人工測定，即測量試樣斷裂前后的標(biāo)點(diǎn)長度變化計(jì)算而得。采用人工方法時，通常A和Ag兩個指標(biāo)一般只能給出A-斷后伸長率。
A和Ag的定義如圖2所示?？梢钥闯鲈O(shè)定彈性直線段的坐標(biāo)選擇一樣會影響上述指標(biāo)的檢測結(jié)果。
在材料壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)(高溫、室溫、低溫)中，也都存在彈性直線的人工確定和下屈服強(qiáng)度判定問題，其形式和影響與拉伸試驗(yàn)(高溫、室溫、低溫)中相同。在下面的論述中以拉伸試驗(yàn)為例。
以下簡述現(xiàn)有技術(shù)目前試驗(yàn)中存在的問題一、與彈性直線段設(shè)定位置有關(guān)的問題在實(shí)際的拉伸試驗(yàn)過程中，由于各種因素的影響，“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線中彈性直線段部分可能并非一條理想的直線段，為了提高檢測精度，較先進(jìn)的檢測設(shè)備都在計(jì)算機(jī)上增加“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線的放大功能，操作者能在放大的曲線上識別設(shè)定直線與原試驗(yàn)曲線的擬合程度，以使設(shè)定的彈性直線段更為合理，使檢測結(jié)果接近真實(shí)。
但盡管如此，人為設(shè)定的偏差還是客觀存在的，而且設(shè)定直線與試驗(yàn)的真實(shí)”應(yīng)力-應(yīng)變”曲線上的彈性直線段的偏差不能定量給出，檢測結(jié)果因操作人員的視覺誤差和主觀臆定而不同，圖3、圖5給出了同一試驗(yàn)結(jié)果、同一操作者在2次設(shè)定情況下所得的檢測結(jié)果和試驗(yàn)曲線，圖4為圖3中、圖6為圖5中2號試樣不同設(shè)置時直線擬合狀態(tài)放大圖。圖中可以看出這條“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線的彈性直線段部份比較正常，設(shè)定和判定直線位置比較容易，但即便如此，兩次數(shù)據(jù)處理過程中不同的設(shè)定(圖4設(shè)定為400～700；圖6設(shè)定為500～800)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有大于50MPa(＞4％)的誤差。50MPa的強(qiáng)度差值，有時足可以影響判定一個被檢材料的合格與否。
由于兩次設(shè)定不能同屏顯示或在同一曲線圖中顯示也給操作者在判定和操作上帶來不便。
圖7、圖8、圖9、圖10是拉伸試驗(yàn)過程中時有發(fā)生的幾種現(xiàn)象，產(chǎn)生幾種現(xiàn)象的原因，可能有以下幾種1、材料自身原因被拉材料在變形過程中，由于相變、位錯、孿晶等，導(dǎo)致材料在產(chǎn)生一定的塑性變形后，又以彈性方式繼續(xù)變形，但兩條彈性直線段的斜率可能不同，如雙屈服現(xiàn)象等；2、試樣夾持松動(未使用引伸計(jì))，引伸計(jì)夾持松動(使用引伸計(jì))問題等；3、試驗(yàn)環(huán)境造成的波動如電網(wǎng)波動、地基振動等；4、力傳感器及位移傳感器等傳遞系統(tǒng)松動變形等因素。
當(dāng)出現(xiàn)上述幾種曲線圖形時，通常操作人員會根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和對被檢測材料的了解來人為判定Rp應(yīng)該的取值范圍，設(shè)想彈性變形直線段的位置，然后人工設(shè)定兩個坐標(biāo)點(diǎn)部位，確定彈性直線段，從而測出Rp值。
但是這種做法是存在問題的
1、對于新的未知材料，操作人員的經(jīng)驗(yàn)或?qū)Σ牧系牧私饩^少，直線段部位的確定有較大的不確定因素；2、上下直線段的斜率即彈性模量是否有差別，差別多大，無量化，這將直接影響對上述圖形產(chǎn)生原因的判定，如果斜率無變化，基本上可以認(rèn)為是因?yàn)檎駝踊驃A持問題導(dǎo)致。直線段的設(shè)定應(yīng)在上面部位。如上下直線段斜率有變化則可能是雙屈服現(xiàn)象。上下部位的確定可能導(dǎo)致被檢材料性能數(shù)值出現(xiàn)數(shù)量級的偏差。
圖11、圖12、圖13為不同操作者對一組試驗(yàn)曲線(圖形正常)處理后所得到的試驗(yàn)結(jié)果，可以看出不同操作者不同設(shè)置導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有一定偏差，5.6％～11.9％。
圖14、圖15、圖16為不同操作人員對另一組試驗(yàn)曲線(圖形有點(diǎn)異常)處理后所得到的試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯霾煌僮魅藛T的不同處理導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果也有偏差，4.3％～9.4％。
在拉伸試驗(yàn)中參照圖2可以看出彈性直線段位置設(shè)定不同也會影響A和Ag的大小。
在壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中指標(biāo)Rpc、σpb、τp也受彈性直線段位置設(shè)定影響，不同的選擇與上述問題有相同的影響)。
二、其它問題對于有屈服現(xiàn)象的材料下屈服的測量是操作者根據(jù)測得的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線圖形與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(例如國標(biāo)GB/T228-2002及其它技術(shù)文件)中給出的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線比較，選擇相似類型，人工確定其位置而得到。由于金屬材料種類繁多，狀態(tài)各異，測得的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線形狀與標(biāo)準(zhǔn)中推薦的幾種典型曲線不盡相同，因而操作者在判定時也有一定難度。壓縮和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中同樣存在相似問題。
綜上所述可以看出，盡管目前較為現(xiàn)代化的數(shù)顯試驗(yàn)設(shè)備比以前的指針表盤或X-Y記錄儀式試驗(yàn)設(shè)備在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面有很大進(jìn)步，但是還沒有從根本上解決試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面的一些深層次問題。因而使目前的試驗(yàn)設(shè)備所檢測的試驗(yàn)結(jié)果精度遠(yuǎn)未能達(dá)到試驗(yàn)設(shè)備硬件系統(tǒng)所能達(dá)到的精度指標(biāo)(力值0.5％～1％，國標(biāo)中對試驗(yàn)機(jī)測力精度要求)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的1、提供一種效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的以機(jī)器設(shè)備自動工作(或用人工輔助機(jī)器設(shè)備甚至可采用純?nèi)斯し绞?以便完成力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定的方法；2、提供以機(jī)器設(shè)備自動工作(或用人工輔助機(jī)器設(shè)備工作)以便完成力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定的相關(guān)設(shè)備--力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)。
本發(fā)明首先提供了一種力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，首先生成力學(xué)性能曲線圖；其次，在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段；然后根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)；其特征在于在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分采用機(jī)器用直線擬合的方法獲取彈性直線段。
(優(yōu)選方案是本發(fā)明以機(jī)器設(shè)備自動工作或采用人工輔助設(shè)備工作(甚至采用純?nèi)斯?方式，在力學(xué)性能試驗(yàn)過程中或試驗(yàn)后在試驗(yàn)曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段并進(jìn)而獲得所有可能的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。)本發(fā)明所述以機(jī)器在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分用直線擬合的方法獲取彈性直線段的具體方法為以下方法之一或其組合1)以機(jī)器設(shè)備自動工作或采用人工輔助設(shè)備工作的方式，在試驗(yàn)過程中或試驗(yàn)后對“力-伸長”、“應(yīng)力-延伸率”、“應(yīng)力-應(yīng)變”或“力-變形”或“力-撓度”或“扭矩-扭角”的試驗(yàn)曲線圖數(shù)據(jù)按一定間隔分別進(jìn)行取樣，對其變量進(jìn)行比較，計(jì)算出線段的斜率，并對具有一定長度斜率基本不變的線段自動生成一直線，得到彈性直線；所述的“一定間隔”對應(yīng)曲線線性度較好的部分全部長度的0.01％～100％(優(yōu)選范圍是0.1％～20％)；同時，優(yōu)選范圍中所述的“一定長度”對應(yīng)曲線線性度較好的部分全部長度的0.5％～100％；所述的斜率基本不變指的是用于計(jì)算和比較斜率的直線段相對橫坐標(biāo)傾斜角度的差值的變化范圍為0～10°；2)最小二乘法；3)逐點(diǎn)比較法。
本發(fā)明所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于針對同一組力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)或試驗(yàn)曲線的不同特征所自動生成的彈性直線有1～200條(進(jìn)一步優(yōu)選為1～6條)。根據(jù)所作出的彈性直線段與原始的力學(xué)性能曲線圖的直線段部分的擬合程度判定并計(jì)算出所生成的不同彈性直線段及人工設(shè)定生成的彈性直線段與試驗(yàn)曲線的擬合程度、斜率偏差及其它信息，為操作者確定最終試驗(yàn)結(jié)果提供判定依據(jù)。
本發(fā)明在作出滿足要求的彈性直線之后進(jìn)行如下的處理方法之一或其組合針對高溫、室溫或低溫拉伸試驗(yàn)有1)在應(yīng)變或延伸或位移軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例應(yīng)變或延伸率處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp的值；2)在試驗(yàn)曲線最大力處或斷裂力處引出與上述生成的彈性直線段相平行的直線，它們與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)同彈性直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)的差值即為最大非比例伸長率Ag和斷后伸長率A；3)該系統(tǒng)對有屈服現(xiàn)象材料根據(jù)國標(biāo)及相應(yīng)技術(shù)條件中的規(guī)定，自動判定下屈服強(qiáng)度位置并生成下屈服強(qiáng)度值；針對高溫、室溫或低溫壓縮試驗(yàn)有4)在變形軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例壓縮應(yīng)變處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例壓縮強(qiáng)度Rpc的值；5)該系統(tǒng)對有屈服現(xiàn)象材料根據(jù)國標(biāo)及相應(yīng)技術(shù)條件中的規(guī)定，自動判定下壓縮屈服強(qiáng)度位置并生成下壓縮屈服強(qiáng)度值；針對高溫、室溫或低溫彎曲試驗(yàn)有6)在撓度軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例彎曲應(yīng)變處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力σpb的值；針對高溫、室溫或低溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)有7)在扭角軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例切應(yīng)變處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τp的值；8)該系統(tǒng)對有屈服現(xiàn)象材料根據(jù)國標(biāo)及相應(yīng)技術(shù)條件中的規(guī)定，自動判定下屈服點(diǎn)位置并生成下屈服強(qiáng)度值。
得到彈性直線后，分別計(jì)算與各彈性直線數(shù)據(jù)對應(yīng)的其他匹配數(shù)據(jù)；并以此為基礎(chǔ)計(jì)算出各自相對獨(dú)立的處理結(jié)果。
當(dāng)所生成的彈性直線為一條時，系統(tǒng)可以比較其生成結(jié)果與人工設(shè)定所得結(jié)果相差值，當(dāng)所生成的彈性直線多于一條時，系統(tǒng)可以比較多條彈性直線生成的試驗(yàn)結(jié)果之間及與人工設(shè)定所得結(jié)果之間相差值，當(dāng)上述之間差值在0.5～1％范圍內(nèi)時，給出提示；當(dāng)差值大于1％時，給出明確報(bào)警信息提請人工處理或其他處理(報(bào)警范圍的設(shè)定參照相應(yīng)的國家或/和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或/和實(shí)際需要中的要求可以靈活設(shè)定)。
所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法中當(dāng)試驗(yàn)參數(shù)輸入有誤或不滿足國標(biāo)以及經(jīng)驗(yàn)公式時，給出報(bào)警；所述試驗(yàn)參數(shù)主要包括試樣直徑、寬、厚等。
當(dāng)作出的彈性直線段多于1條時，該系統(tǒng)會對其不同的彈性直線段的斜率進(jìn)行比較，并確認(rèn)其間是否有偏差，當(dāng)存在偏差時給出警示。提示操作人員被檢材料可能有雙屈服或其它異常現(xiàn)象，請慎重處理(所述偏差在所要求的0.0001°～180°的范圍內(nèi))。
本發(fā)明所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法中，在得到彈性直線后，可以根據(jù)需要以設(shè)備自動或人工輔助設(shè)備或采用人工方式分別計(jì)算與各彈性直線數(shù)據(jù)對應(yīng)的其他匹配數(shù)據(jù)；并以此為基礎(chǔ)計(jì)算出各自相對獨(dú)立的處理結(jié)果。具體可以進(jìn)行如下兩類處理之一或其組合1)計(jì)算分析自動生成的不同彈性直線段及人工設(shè)定生成的彈性直線段與試驗(yàn)曲線的擬合程度及斜率偏差等信息，為最終試驗(yàn)結(jié)果的確定提供參考信息和依據(jù)；2)該系統(tǒng)可以將自動生成的彈性直線段全部或部分和人工設(shè)定產(chǎn)生的不同彈性直線段全部或部分及生成的試驗(yàn)結(jié)果全部或部分同時顯示在一個屏幕上，以供操作者觀察判定分析其不同彈性直線段產(chǎn)生的試驗(yàn)結(jié)果之間的偏差及彈性直線段設(shè)定的合理性。
當(dāng)彈性直線多于1條時，所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法給出如下信息各條直線間的斜率偏差或/和各彈性直線與實(shí)驗(yàn)曲線的直線段部分的擬合程度；各條彈性直線段相對橫坐標(biāo)傾斜角度的差值的變化范圍為0°～180°；各條直線段相對于力學(xué)性能試驗(yàn)曲線的直線段部分的擬合程度范圍是0.5％～100％。
根據(jù)力學(xué)性能曲線作出彈性直線段之后，在同一顯示屏幕上將如下信息之一或其組合顯示出來，以方便操作、比較和確認(rèn)將用機(jī)器自動生成的2條或多條彈性直線在同一線圖中同時顯示或在不同的屏幕分區(qū)中同時或分別顯示；將用機(jī)器自動生成的彈性直線和以人工方式獲得的彈性直線在同一線圖中同時顯示或在不同的屏幕分區(qū)中同時或分別顯示；將根據(jù)力學(xué)性能曲線和由機(jī)器作出的彈性直線獲得的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部或部分顯示在對應(yīng)曲線圖附近或顯示在屏幕上對應(yīng)的比較列表中。
就應(yīng)用領(lǐng)域而言，本發(fā)明所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，可以用于如下的力學(xué)性能試驗(yàn)之一或其組合中材料的拉伸(高溫、室溫、低溫)或壓縮(高溫、室溫、低溫)或彎曲(高溫、室溫、低溫)或扭轉(zhuǎn)(高溫、室溫、低溫)試驗(yàn)過程中規(guī)定如下指標(biāo)的測試高溫、室溫、低溫拉伸試驗(yàn)中的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp)，延伸率(A、Ag)或變形，下屈服強(qiáng)度(ReL)；高溫、室溫、低溫壓縮試驗(yàn)中的規(guī)定非比例壓縮強(qiáng)度(Rpc)和下屈服強(qiáng)度(ReLc)；高溫、室溫、低溫彎曲試驗(yàn)中的規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力(σpb)；高溫、室溫、低溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中的規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(τp)和下屈服強(qiáng)度(τsl)。
本方法的機(jī)理和功能(1)機(jī)理(以拉伸試驗(yàn)為例)本方法提供了一套計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序使其可以在試驗(yàn)進(jìn)行過程中(實(shí)時)或試驗(yàn)過程結(jié)束后對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理技術(shù)。其機(jī)理如下計(jì)算機(jī)在試驗(yàn)過程中(或后)對“力-位移”(“應(yīng)力-應(yīng)變”)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)按一定間隔分別進(jìn)行取樣，對其變量進(jìn)行比較，計(jì)算出線段的斜率，并對具有一定長度斜率不變的線段自動生成一直線。對于一條完整試驗(yàn)曲線上只生成一條直線的試驗(yàn)數(shù)據(jù)而言這條直線就是前面所說的彈性直線段，它源于試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集過程，無人為認(rèn)定，它應(yīng)該與試驗(yàn)曲線有很好的擬合，這條線就是被檢材料的彈性直線段，它的延伸線與試驗(yàn)曲線的切點(diǎn)即是被檢材料的彈性極限。該系統(tǒng)還可以根據(jù)操作人員輸入的指令自動生成與該直線指定距離的若干條平行線，它們分別與試驗(yàn)曲線的相交點(diǎn)在縱坐標(biāo)上的位置可以求出Rp值，例如Rp0.1、Rp0.2、Rp0.5等。而與橫坐標(biāo)上的交點(diǎn)可以求出A和Ag等值。
(2)功能(以拉伸試驗(yàn)為例)A、對正?！皯?yīng)力-應(yīng)變”曲線可以自動生成規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度值和延伸率值；B、對異常“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線提供參考信息，并分別處理；C、對下屈服強(qiáng)度值自動生成。本系統(tǒng)可根據(jù)相關(guān)國標(biāo)中對下屈服強(qiáng)度的圖形判定依據(jù)，以及國內(nèi)外專業(yè)刊物上發(fā)表的，廣大專業(yè)工作者所接受的對國標(biāo)中未能界定的其它類型“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線模式，自動生成下屈服強(qiáng)度指標(biāo)，而不用人工確定，也可和人工確定值進(jìn)行比較，供操作者參考(目前設(shè)備數(shù)據(jù)處理中該值為操作者根據(jù)試驗(yàn)曲線人工確定)；D、警示功能對于有上述異常類型的曲線，該系統(tǒng)可能自動生成2條或更多條直線并將它們的斜率(彈性模量)進(jìn)行比較，給出相關(guān)指標(biāo)和信息，供操作人員視情況取舍，該系統(tǒng)也可將以不同生成直線為基準(zhǔn)彈性直線段所求得的試驗(yàn)結(jié)果Rp、A等提供給操作人員，以便引起操作人員注意。該系統(tǒng)還可以對操作者設(shè)定的直線與實(shí)際試驗(yàn)曲線中直線段部分進(jìn)行比較給出其偏差量，并提供由此對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的偏差值，當(dāng)偏差值超過1％(自動生成結(jié)果的)時，提出警示，請操作者慎重處之。
該系統(tǒng)還可以提供以下警示
1、試驗(yàn)樣品尺寸輸入警示當(dāng)同批樣品直徑或?qū)捄秃穸瘸叽绱嬖诿黠@差別時或超出國標(biāo)中關(guān)于樣品截面積尺寸誤差規(guī)定時；2、同批試驗(yàn)結(jié)果彈性模量有較大偏差時(這預(yù)示樣品截面積輸入可能有誤或可能混入不同材料試樣)；3、同批試驗(yàn)所求指標(biāo)有較大差別時(預(yù)示樣品可能有缺陷存在)。
該系統(tǒng)還可以用于材料壓縮性能檢測、彎曲性能檢測和扭轉(zhuǎn)檢測試驗(yàn)中，它的使用機(jī)理等同于材料的拉伸試驗(yàn)。這是因?yàn)樯鲜鲈囼?yàn)共同利用力-位移(扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中為扭矩-扭角)曲線而求得試驗(yàn)結(jié)果。它們的曲線有基本相同的特征。
該系統(tǒng)的使用將使這些試驗(yàn)中上述指標(biāo)的測定更為合理、科學(xué)、可靠，并能提供一些有價值的信息供操作者判定所得測量指標(biāo)的正確性。
本發(fā)明還提供了一種用于上述的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定的系統(tǒng)，其包含進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)的力學(xué)試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)處理裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理裝置具體包含有如下三大部分其一是用于生成力學(xué)性能曲線圖的曲線生成模塊；其二，根據(jù)曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段的彈性直線獲取模塊；其三，根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲得模塊。
所述數(shù)據(jù)處理裝置中的彈性直線獲取模塊包含有如下組成部分之一或其組合數(shù)據(jù)采集部件、數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件、數(shù)據(jù)存儲部件、數(shù)據(jù)輸出部件、系統(tǒng)信息庫；其中數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件分別連接著數(shù)據(jù)采集部件和數(shù)據(jù)存儲部件和系統(tǒng)信息庫，數(shù)據(jù)輸出部件連接著數(shù)據(jù)存儲部件。
所述數(shù)據(jù)輸出部件包含有以下幾種之一或其組合顯示器、打印機(jī)、聲音輸出設(shè)備。
本發(fā)明所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心，以下各個模塊中的任意一種或其組合有機(jī)聯(lián)結(jié)為一個統(tǒng)一的整體構(gòu)成計(jì)算機(jī)或與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成整個力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部件、數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件、數(shù)據(jù)存儲部件、數(shù)據(jù)輸出部件、系統(tǒng)信息庫。
本發(fā)明在深刻理解力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法的知識基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性的應(yīng)用現(xiàn)代化的信息處理技術(shù)將傳統(tǒng)的人工或半人工數(shù)據(jù)處理方法改進(jìn)成為自動化程度高、處理效率更高、操作簡便、精度能得到有效保證的新方法，同時還提供了相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)；其具有巨大的學(xué)術(shù)和經(jīng)濟(jì)價值。
人工處理試驗(yàn)結(jié)果與系統(tǒng)自動生成的試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)偏差比較實(shí)例圖20為不同操作人員對同一組試驗(yàn)曲線(圖形正常，比較典型的拉伸試驗(yàn)曲線)處理后所得的試驗(yàn)結(jié)果與本系統(tǒng)自動生成的試驗(yàn)結(jié)果的比較，可以看出不同操作人員設(shè)置的彈性直線段不同，試驗(yàn)結(jié)果也不同(但基本上分布在自動生成值附近)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1為規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2的定義和測量示意圖；圖2為伸長的定義和測量示意圖；圖3為拉伸的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線和Rp0.2等指標(biāo)結(jié)果之一；
圖4為設(shè)定在應(yīng)力為400～700MPa條件下擬合放大曲線；圖5為拉伸的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線和Rp0.2等指標(biāo)的結(jié)果之二；圖6為設(shè)定在應(yīng)力為500～800MPa條件下擬合放大曲線；圖7為拉伸試驗(yàn)過程中的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線一；圖8為拉伸試驗(yàn)過程中的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線二；圖9為拉伸試驗(yàn)過程中的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線三；圖10為拉伸試驗(yàn)過程中的“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線四；圖11為操作者1對曲線組A處理及得出的Rp0.2值；圖12為操作者2對曲線組A處理及得出的Rp0.2值；圖13為操作者3對曲線組A處理及得出的Rp0.2值；圖14為操作者1對曲線組B處理及得出的Rp0.2值；圖15為操作者2對曲線組B處理及得出的Rp0.2值；圖16為操作者3對曲線組B處理及得出的Rp0.2值；圖17為雙屈服時系統(tǒng)自動生成屈服強(qiáng)度值與人工判定結(jié)果比較；圖18為系統(tǒng)對試驗(yàn)曲線處理后生成的Rp0.2及與人工判定的Rp0.2，其中實(shí)線與應(yīng)力軸的交點(diǎn)為人工處理值，虛線與應(yīng)力軸的交點(diǎn)為系統(tǒng)生成值；圖19為系統(tǒng)對試驗(yàn)曲線的處理及A和Ag的系統(tǒng)生成值；圖19中1-1、1-2、1-3分別為第一條試驗(yàn)曲線的彈性直線，Ag和A的平行線；2-1、2-2、2-3分別為第二條試驗(yàn)曲線的彈性直線，Ag和A的平行線；3-1、3-2、3-3分別為第三條試驗(yàn)曲線的彈性直線，Ag和A的平行線；圖20為不同試樣者對曲線處理結(jié)果與系統(tǒng)自動生成的試驗(yàn)結(jié)果比較，圖20中A為系統(tǒng)自動生成的試驗(yàn)結(jié)果；B為不同試驗(yàn)者處理的試驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
一種力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含有進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)的力學(xué)試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)處理裝置；其特征在于所述數(shù)據(jù)處理裝置具體包含有如下三大部分其一是用于生成力學(xué)性能曲線圖的曲線生成模塊；其二，根據(jù)曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段的彈性直線獲取模塊；其三，根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲得模塊。
所述的彈性直線獲取模塊包含有如下組成部分之一或其組合數(shù)據(jù)采集部件、數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件、數(shù)據(jù)存儲部件、數(shù)據(jù)輸出部件、系統(tǒng)信息庫；其中數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件分別連接著數(shù)據(jù)采集部件和數(shù)據(jù)存儲部件和系統(tǒng)信息庫，數(shù)據(jù)輸出部件連接著數(shù)據(jù)存儲部件；其中，所述數(shù)據(jù)輸出部件包含有以下幾種之一或其組合顯示器、打印機(jī)、聲音輸出設(shè)備；所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心，以下各個模塊中的任意一種或其組合有機(jī)聯(lián)結(jié)為一個統(tǒng)一的整體構(gòu)成計(jì)算機(jī)或與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成整個力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部件、數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件、數(shù)據(jù)存儲部件、數(shù)據(jù)輸出部件、系統(tǒng)信息庫。信息庫中包含有用于判定上屈服和下屈服強(qiáng)度位置的標(biāo)準(zhǔn)圖形，所述圖形從GB/T228-2002及其他技術(shù)文件以及被使用者認(rèn)可的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中選取(參見GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》實(shí)施指南，梁新邦等著，北京中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002，P69～70)。
所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)中，以計(jì)算機(jī)為核心，外接數(shù)據(jù)采集、傳輸、報(bào)警、信息庫、打印設(shè)備，共同構(gòu)成一個有機(jī)的整體。
圖3對應(yīng)的數(shù)據(jù)如下

圖5對應(yīng)的數(shù)據(jù)如下

實(shí)施例1關(guān)于雙屈服的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理判定圖17為共有兩條彈性直線段的試驗(yàn)曲線，從圖型上看，兩根直線段斜率相差不大，操作者1認(rèn)定屈服強(qiáng)度應(yīng)以上面直線段為基準(zhǔn)。檢測結(jié)果認(rèn)定為Rp0.2＝880MPa，操作者2、3進(jìn)行了相同的認(rèn)定。由于直線段標(biāo)點(diǎn)輸入不同，他們所得的結(jié)果分別為Rp0.2＝890MPa和Rp0.2＝875MPa(曲線中對后兩者操作未做標(biāo)記)。但系統(tǒng)認(rèn)定上下直線段的斜率有偏差，系統(tǒng)對操作者提出警示，并給出正確的屈服強(qiáng)度指標(biāo)Rp0.2＝520MPa。通過對未拉斷試樣的殘余變形測量證實(shí)了材料的雙屈服特性(即在試樣拉伸到第二個直線段的位置時，將試樣卸載，此時測量或觀察位移標(biāo)識是否為“0”，不為0證明材料已發(fā)生塑性變形，載荷已超過了屈服強(qiáng)度)。
該系統(tǒng)還對圖17中試驗(yàn)曲線自動進(jìn)行了下屈服判定，系統(tǒng)認(rèn)定該圖形符合信息庫中一典型的雙屈服圖形參見GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》實(shí)施指南.梁新邦等著.北京中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2002.第70頁續(xù)圖3-33i)。，認(rèn)定出下屈服點(diǎn)并給出下屈服強(qiáng)度值(ReL＝518MPa)。
實(shí)施例2規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp)測定該系統(tǒng)還對圖3中第2根試樣的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了再分析，對操作者兩次設(shè)定中的其中一種設(shè)定提出警示，即兩點(diǎn)設(shè)定500～800時的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2＝1203MPa；而對另一設(shè)定認(rèn)可，即兩點(diǎn)設(shè)定400～700時的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2＝1151MPa，因其與系統(tǒng)自動生成的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2＝1160MPa基本相同。如圖18所示。
實(shí)施例3斷后伸長率(A)測量使用該系統(tǒng)對試驗(yàn)曲線進(jìn)行了斷后伸長率處理。圖19為處理后曲線及生成的A和Ag值。A和Ag的平行線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)同彈性直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)的差值即為所求試驗(yàn)曲線的A和Ag。表1為不同試樣斷后伸長率(A)人工處理值和自動生成值結(jié)果。
表1不同試樣斷后伸長率(A)人工處理值和自動生成值比較

可以看出自動處理系統(tǒng)產(chǎn)生的A值與人工處理所得A值，指標(biāo)基本相同。
權(quán)利要求
1.力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，首先生成力學(xué)性能曲線圖；其次，在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段；然后根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)；其特征在于在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分采用機(jī)器用直線擬合的方法獲取彈性直線段。
2.按照權(quán)利要求1所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于所述以機(jī)器在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分用直線擬合的方法獲取彈性直線段的具體方法為以下方法之一或其組合1)以機(jī)器對試驗(yàn)曲線圖數(shù)據(jù)按一定間隔分別進(jìn)行取樣，對其變量進(jìn)行比較，計(jì)算出線段的斜率，并對具有一定長度斜率基本不變的線段自動生成一直線，得到彈性直線；所述的“一定間隔”對應(yīng)曲線線性度較好的部分全部長度的0.01％～100％；同時，優(yōu)選范圍中所述的“一定長度”對應(yīng)曲線線性度較好的部分全部長度的0.5％～100％；所述的斜率基本不變指的是用于計(jì)算和比較斜率的直線段相對橫坐標(biāo)傾斜角度的差值的變化范圍為0～10°；2)最小二乘法；3)逐點(diǎn)比較法。
3.按照權(quán)利要求2所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于針對同一組力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)或試驗(yàn)曲線的不同特征所生成的彈性直線有1～200條。
4.按照權(quán)利要求2所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于在作出滿足要求的彈性直線之后進(jìn)行如下的處理方式之一或其組合針對高溫、室溫或低溫拉伸試驗(yàn)有1)在應(yīng)變或延伸或位移軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例應(yīng)變或延伸率處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp的值；2)在試驗(yàn)曲線最大力處或斷裂力處引出與上述生成的彈性直線段相平行的直線，它們與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)同彈性直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)的差值即為最大非比例伸長率Ag和斷后伸長率A；3)該系統(tǒng)對有屈服現(xiàn)象材料根據(jù)國標(biāo)及相應(yīng)技術(shù)條件中的規(guī)定，自動判定下屈服強(qiáng)度位置并生成下屈服強(qiáng)度值；針對高溫、室溫或低溫壓縮試驗(yàn)有4)在變形軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例壓縮應(yīng)變處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例壓縮強(qiáng)度Rpc的值；5)該系統(tǒng)對有屈服現(xiàn)象材料根據(jù)國標(biāo)及相應(yīng)技術(shù)條件中的規(guī)定，自動判定下壓縮屈服強(qiáng)度位置并生成下壓縮屈服強(qiáng)度值；針對高溫、室溫或低溫彎曲試驗(yàn)有6)在撓度軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例彎曲應(yīng)變處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力σpb的值；針對高溫、室溫或低溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)有7)在扭角軸與上述生成的彈性直線段的距離等效于規(guī)定的非比例切應(yīng)變處生成一條與該直線平行的直線，此平行線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τp的值；8)該系統(tǒng)對有屈服現(xiàn)象材料根據(jù)國標(biāo)及相應(yīng)技術(shù)條件中的規(guī)定，自動判定下屈服點(diǎn)位置并生成下屈服強(qiáng)度值。
5.按照權(quán)利要求4所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于當(dāng)所生成的彈性直線為一條時，系統(tǒng)比較其生成結(jié)果與人工設(shè)定所得結(jié)果相差值，當(dāng)所生成的彈性直線多于一條時，系統(tǒng)比較多條彈性直線生成的試驗(yàn)結(jié)果之間及與人工設(shè)定所得結(jié)果之間相差值，當(dāng)上述數(shù)據(jù)之間差值在0.5％～1％范圍內(nèi)時，系統(tǒng)給出提示；當(dāng)差值大于1％時，給出明確報(bào)警信息；所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法中當(dāng)試驗(yàn)參數(shù)輸入有誤或不滿足國標(biāo)以及經(jīng)驗(yàn)公式時，給出報(bào)警；所述試驗(yàn)參數(shù)主要包括試樣直徑、寬、厚等。
6.按照權(quán)利要求4所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于當(dāng)彈性直線多于1條時，所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法給出如下信息各條彈性直線間的斜率及偏差或/和各彈性直線與試驗(yàn)曲線的直線段部分的擬合程度；各條彈性直線段相對橫坐標(biāo)傾斜角度的差值的變化范圍為0°～180°；各條直線段相對于力學(xué)性能試驗(yàn)曲線的直線段部分的擬合程度范圍是0.5％～100％。
7.按照權(quán)利要求4所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于根據(jù)力學(xué)性能曲線作出彈性直線段之后，在同一顯示屏幕上將如下信息之一或其組合顯示出來將用機(jī)器自動生成的2條或多條彈性直線在同一曲線圖中同時顯示或在不同的屏幕分區(qū)中同時或分別顯示；將用機(jī)器自動生成的彈性直線和以人工方式獲得的彈性直線在同一曲線圖中同時顯示或在不同的屏幕分區(qū)中同時或分別顯示；將根據(jù)力學(xué)性能曲線和由機(jī)器作出的彈性直線獲得的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部或部分顯示在對應(yīng)曲線圖附近或顯示在屏幕上對應(yīng)的比較列表中。
8.按照權(quán)利要求1～7之一所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，其特征在于所述方法用于如下的力學(xué)性能試驗(yàn)之一或其組合中材料的拉伸或壓縮或彎曲或扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)過程中規(guī)定如下指標(biāo)的測試高溫、室溫、低溫拉伸試驗(yàn)中的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，延伸率或變形，下屈服強(qiáng)度；高溫、室溫、低溫壓縮試驗(yàn)中的規(guī)定非比例壓縮強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度；高溫、室溫、低溫彎曲試驗(yàn)中的規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力；高溫、室溫、低溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中的規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和下屈服強(qiáng)度。
9.一種用于力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定的系統(tǒng)，其包含進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)的力學(xué)試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)處理裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理裝置具體包含有如下三大部分其一是用于生成力學(xué)性能曲線圖的曲線生成模塊；其二，根據(jù)曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段的彈性直線獲取模塊；其三，根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲得模塊。
10.按照權(quán)利要求9所述用于力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理裝置中的彈性直線獲取模塊包含有如下組成部分之一或其組合數(shù)據(jù)采集部件、數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件、數(shù)據(jù)存儲部件、數(shù)據(jù)輸出部件、系統(tǒng)信息庫；其中數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件分別連接著數(shù)據(jù)采集部件和數(shù)據(jù)存儲部件和系統(tǒng)信息庫，數(shù)據(jù)輸出部件連接著數(shù)據(jù)存儲部件；其中，所述數(shù)據(jù)輸出部件包含有以下幾種之一或其組合顯示器、打印機(jī)、聲音輸出設(shè)備；所述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心，以下各個模塊中的任意一種或其組合有機(jī)聯(lián)結(jié)為一個統(tǒng)一的整體構(gòu)成計(jì)算機(jī)或與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成整個力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部件、數(shù)據(jù)比較計(jì)算部件、數(shù)據(jù)存儲部件、數(shù)據(jù)輸出部件、系統(tǒng)信息庫。
全文摘要
力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法，首先生成力學(xué)性能曲線圖；之后在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段；再根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)；其特征在于在力學(xué)性能曲線圖的直線段部分采用機(jī)器用直線擬合的方法獲取彈性直線段。用于上述方法的系統(tǒng)，其包含有進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)的力學(xué)試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置具體包含有如下三大部分用于生成力學(xué)性能曲線圖的曲線生成模塊；根據(jù)曲線圖的直線段部分獲取彈性直線段的彈性直線獲取模塊；根據(jù)彈性直線段和力學(xué)性能曲線圖獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲得模塊。本發(fā)明在自動化程度、處理效率、操作簡便程度、精度等方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)；其具有巨大的學(xué)術(shù)和經(jīng)濟(jì)價值。
文檔編號G01N19/00GK101025392SQ20071001070
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者王宇崢 申請人:王宇崢