專利名稱：：薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，屬于材料力學(xué)性能試驗檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：.薄板類木質(zhì)材料是指厚度為l-5mm的纖維板、刨花板、木塑材料板(Wood-fiberplastic)、人造薄木、紙托包裝材料(Pulpmoldedproducts)等。目前應(yīng)用量龐大，主要用途包括建筑材料，如三維輕結(jié)構(gòu)工程木質(zhì)材料板(3DEngineeredComposites)的基本組件、結(jié)構(gòu)用集成材表板等；裝飾裝修材料，如非承重的隔墻板、墻板、屋面頂板、車廂等內(nèi)壁用板、地板、地板鋪裝用墊板等；包裝材料，如集裝箱板、各種包裝箱板；家具材料，如各種臺面、擱板；電器外殼，如音響殼體、電視機(jī)殼體等。這類材料目前發(fā)展很快，但一直沒有像木材、厚人造板及薄紙那樣有較為成熟的力學(xué)性能快速檢測技術(shù)、方法和儀器。對大尺寸木材和規(guī)格材，兩種非常流行的快速力學(xué)性能檢測方法是簡支梁支承振動法和應(yīng)力波法。兩種方法都用于檢測木材的彈性模量。在振動法中，主要測量木材的振動頻率、尺寸和重量。而應(yīng)力波法主要測量敲擊波的傳播時間并計算彈性模量。對薄板類木質(zhì)材料來講，簡支梁支承振動法是不能使用的，因為被測對象重量太輕以致在振動過程中不能與支承間保持良好接觸，從而獲取不到必要的振動信號。同時，振動頻率也非常難于測得，因為為保持與支承接觸，必須使被測對象的振幅非常小。而應(yīng)力波法由于傳感器不易固定，也難于用于這類材料力學(xué)性能的快速測量。本實用新型是基于懸臂梁彎曲變形理論和振動理論，即根據(jù)木質(zhì)材料薄板懸臂梁試件靜態(tài)彎曲變形、振動特性與其彈性模量之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行工作。首先對試件自由端施加一個精確的初始位移，同時利用測力傳感器傳感力的大??；再根據(jù)懸臂梁靜態(tài)彎曲變形理論，利用程序?qū)崟r計算出試件的靜態(tài)彎曲彈性模量(簡稱靜態(tài)MOE)。然后釋放試件自由端，使試件產(chǎn)生自由振動，通過激光傳感器傳感試件的自由振動位移信號，經(jīng)計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理后，得出試件的動態(tài)彎曲彈性模量(簡稱動態(tài)MOE)和阻尼比等。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，通過薄板類木質(zhì)材料懸臂梁試件的靜態(tài)彎曲變形和自由振動，以及數(shù)據(jù)信號的分析和計算，測定薄板類木質(zhì)材料的靜態(tài)彎曲彈性模量(靜態(tài)MOE)、動態(tài)彎曲彈性模量(動態(tài)MOE)和振動阻尼比等。本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，主要由兩部分組成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和數(shù)據(jù)處理部分，如圖1所示。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的主要功能是試件的夾持、調(diào)整、初始位移施加、初始力傳感、激振和振動信號的傳感。在機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，試件被垂直裝夾，上端夾持，下端自由。試件裝夾部分位置上下可調(diào)，適于測量不同長度的試件。激光傳感器位置可調(diào)，適應(yīng)于不同試件的不同自身原始變形。拉鉤位置水平可調(diào)，適于對試件自由端施加不同的初始位移，能精確設(shè)定這個初始位移量；在初始位移施加后，測力傳感器可以傳感初始力的大小。另外，在初始位移施加后，拉鉤能迅速釋放試件，實現(xiàn)試件的自由振動。測力傳感器應(yīng)為小量程、精密力傳感器，激光傳感器應(yīng)為高精度位移傳感器。數(shù)據(jù)處理部分的主要功能是對初始力信號和振動信號的調(diào)理、采集、處理、計算出被測試件的靜態(tài)彎曲彈性模量、動態(tài)彎曲彈性模量和振動阻尼比等。數(shù)據(jù)處理部分主要由信號調(diào)理盒和計算機(jī)組成。信號調(diào)理盒中有力信號放大器、激光傳感器振動信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡等。計算機(jī)中有用于數(shù)據(jù)釆集、處理的專用軟件。數(shù)據(jù)采集、處理軟件可采用任何計算機(jī)程序語言編制。1.1測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分如圖2所示，測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)又分為四個部分基礎(chǔ)框架部分A、試件裝夾部分B、初始加力部分C、振動傳感部分D?；A(chǔ)框架部分是整個測量裝置的支持主體。試件裝夾部分可以使試件的一端固定，構(gòu)成試件懸臂梁彎曲和振動，防止試件發(fā)生傾斜和移動。初始加力部分可以有效地給試件自由端提供水平方向的初始位移和初始力，并能通過計算機(jī)釆初始力信號，計算靜態(tài)MOE。振動傳感部分可以準(zhǔn)確地獲取試件懸臂梁振動過程中的位移振動信號并傳送到計算機(jī)，計算機(jī)通過數(shù)據(jù)分析、處理，得出動態(tài)MOE。如圖3所示，基礎(chǔ)框架部分A主要由底座1和支架14組成；底座1和支架14固定連接；在底座1上固定有直線導(dǎo)軌20，在支架14上固定有直線導(dǎo)軌16;直線導(dǎo)軌20與底座l間，以及直線導(dǎo)軌16與支架14間通過螺釘固定連接。如圖3和圖4所示，試件裝夾部分B由螺釘7、壓蓋8、壓板34、支座15、插銷11(兩個)、彎板12、滑座35等組成。壓蓋8固定在支座15上，支座15固定在滑座35上，滑座35與導(dǎo)軌16構(gòu)成直線導(dǎo)軌組?；?5與彎板12固定相連，插銷11插入支架14上的定位孔內(nèi)，實現(xiàn)整個試件裝夾部分的上下位置的定位和固定。支架14上有四對不同高度的定位孔(a、定位孔l，b、定位孔2，c、定位孔3，d、定位孔4)，每對定位孔對稱分布在直線導(dǎo)軌16兩側(cè)(圖3上只顯示了四對定位孔一側(cè)位置)。每對定位孔實現(xiàn)"試件裝夾部分"一個垂直位置，即對應(yīng)一個系列長度的試件；四對不同高度的定位孔實現(xiàn)"試件裝夾部分"四個垂直位置，即對應(yīng)于四個不同長度的試件系列。根據(jù)需要，在不同高度上可增加定位孔，甚至做成連續(xù)可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，以適于不同長度試件的測量需求。如圖3和圖5所示，初始加力部分C由滑座23、支座2、絲杠21、測力傳感器3、連接件4、拉鉤5等組成。拉鉤5通過銷軸40與連接件4連接，拉鉤5可以繞銷軸40轉(zhuǎn)動。銷軸40上套有扭簧37，用于給拉鉤5—個向上的支持力，調(diào)節(jié)螺釘36可以保持拉鉤5水平。支座2與滑座23固定聯(lián)接。壓下拉鉤5，鉤住試件6下端，測力傳感器3會傳感出初始(靜態(tài))力。拉鉤5水平位置的移動可以通過旋轉(zhuǎn)絲杠21實現(xiàn)。擋板38與支撐座27固定聯(lián)接。螺母19和螺母22在拉鉤5的水平位置調(diào)整完成后，用來鎖緊絲杠21，保持拉鉤5與支撐座27間的距離固定不變。如圖6所示，振動傳感部分D由激光傳感器25、上支撐座26、支撐座27、滑座31、絲杠28、支座29等組成。支座29通過四個螺釘30固定在底座1上。激光傳感器25、上支撐座26、支撐座27、滑座31，四者間通過螺釘固定相連。旋轉(zhuǎn)絲杠28可以調(diào)節(jié)激光傳感器25水平位置。擋板32與支撐座27固定在一起。1.2測量裝置數(shù)據(jù)處理部分測量裝置的數(shù)據(jù)處理部分主要由信號調(diào)理盒和計算機(jī)組成。1.2.1信號調(diào)理盒如圖7所示，信號調(diào)理盒由力信號放大器、激光傳感器振動信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡、直流電源等組成。力信號放大器和振動信號放大器要分別與所選用的力傳感器和激光傳感器配套，一般要求傳感器廠商與傳感器一起配套提供。數(shù)據(jù)采集卡分別與兩個放大器相連，同時與計算機(jī)聯(lián)接；直流電源分別與兩個放大器相連，為兩個放大器提供一定電壓的直流供電。直流供電電壓根據(jù)所選傳感器和放大器的要求而定。本實用新型一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量方法，具體為如下步驟(1)精確設(shè)定初始位移值。5調(diào)整"試件裝夾部分B"的垂直位置，選擇一個表面光潔的金屬板，將金屬板裝夾到測量裝置上；微調(diào)激光傳感器25水平位置，至其輸出電壓為0;調(diào)整拉鉤5的水平位置，初步測量金屬板左側(cè)面與拉鉤5內(nèi)槽左邊沿的距離；保持拉鉤5與支撐座27間的距離固定不動；再次精確測量金屬板左側(cè)面與拉鉤5內(nèi)槽左邊沿的距離；這個距離值就是試件自由端的初始位移值A(chǔ)。(2)裝夾試件。根據(jù)不同試件長度，調(diào)整"試件裝夾部分B"的高度，將試件6裝夾在測量裝置上。(3)設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入試件基本參數(shù)。打開軟件，設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入被測試件基本參數(shù)；試件基本參數(shù)包括試件編號(名稱)，試件寬度6(mm)，試件厚度/(mm)，試件總長度Z(mm)，試件自由端初始位移A(mm)，試件質(zhì)量M(g)。軟件自動計算試件懸臂長度/為試件總長度丄減去夾持長度50mm。(4)激光傳感器位移輸出調(diào)零。為消除試件裝夾后，其自身原始變形對測量的影響，正式測量前需要將激光傳感器零點對準(zhǔn)試件左側(cè)面。點擊軟件界面上"開始調(diào)零"圖標(biāo)。軟件采集、顯示激光傳感器輸出的位移信號，通過旋轉(zhuǎn)絲杠28，微調(diào)激光傳感器25水平位置，至其輸出電壓為O。點擊軟件界面上"停止調(diào)零"圖標(biāo)。(5)測量靜態(tài)MOE。手動將試件底部右移，并將其掛在拉鉤5上。相當(dāng)于給試件自由端施加一個初始位移A。點擊"開始測量"圖標(biāo)。軟件采集初始位移力信號戶，采集時間為1至幾秒鐘；計算靜態(tài)MOE，顯示測量結(jié)果。(6)測量動態(tài)MOE。靜態(tài)MOE測量結(jié)果顯示后，拉鉤5向下移開，釋放試件6自由端，試件自由振動。激光傳感器25傳感振動位移，軟件自動識別振動信號，并采集、顯示振動位移信號，采集時間為數(shù)秒鐘，計算動態(tài)MOE。具體信號分析、處理內(nèi)容包括(l)計算有阻尼一階固有頻率力，(2)計算阻尼比f，(3)計算無阻尼一階固有頻率/，(4)計算試件動態(tài)MOE。(7)存儲、顯示測量結(jié)果。軟件自動存儲被測試件測量結(jié)果，包括試件編號(名稱)、靜態(tài)彎曲彈性模量(靜態(tài)MOE)、動態(tài)彎曲彈性模量(動態(tài)MOE)、振動阻尼比、有阻尼一階固有頻率力和無阻尼一階固有頻率/。軟件自動顯示被測試件三個測量結(jié)果靜態(tài)MOE(先顯示于第(5)步結(jié)束時)、動態(tài)MOE和振動阻尼比。至此，一個測量過程完畢。本實用新型一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，其優(yōu)點及功效在于能快速、方便地測定薄板類木質(zhì)材料的力學(xué)性能，包括靜態(tài)彎曲彈性模量(靜態(tài)MOE)、動態(tài)彎曲彈性模量(動態(tài)MOE)、振動阻尼比、有阻尼一階固有頻率/^和無阻尼一階固有頻率/。與傳統(tǒng)測量裝置和方法(三點或四點彎曲測量、拉伸測量等)相比，本實用新型的薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量的測量裝置及測量方法，節(jié)約了時間、成本，操作簡便。圖1所示為本實用新型裝置組成框圖圖2所示為本實用新型裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分示意圖(一)圖3所示為本實用新型裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分示意圖(二)圖4所示為本實用新型裝置之試件裝夾部分結(jié)構(gòu)示意圖圖5所示為本實用新型裝置之初始加力部分結(jié)構(gòu)示意圖圖6所示為本實用新型裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分示意圖(三)圖7所示為本實用新型裝置之信號調(diào)理盒組成框圖圖8所示為測量裝置軟件流程圖圖9所示為試件初始變形、初始力示意圖。圖中具體標(biāo)號及符號說明如下圖1中+代表位置可調(diào)A、基礎(chǔ)框架部分B、試件裝夾部分C、初始加力部分D、振動傳感部分a、定位孔1b、定位孔2c、定位孔3d、定位孔41、底座2、支座3、測力傳感器4、連接件5、拉鉤6、試件7、螺釘8、壓蓋9、螺釘10、螺釘11、插銷12、彎板13、限位螺釘14、支架15、支座16、直線導(dǎo)軌17、限位螺釘18、螺釘19、螺母20、直線導(dǎo)軌721、絲杠22、螺母23、滑座24、限位螺釘25、激光傳感器26、上支撐座27、支撐座28、絲杠29、支座30、螺釘31、滑座32、擋板33、螺釘34、壓板35、滑座36、調(diào)節(jié)螺釘37、扭簧38、擋板39、螺釘40、銷軸41、螺釘42、信號調(diào)理盒43、計算機(jī)44、力信號放大器45、振動信號放大器46、直流電源47、數(shù)據(jù)采集卡具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。本實用新型一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，主要由兩部分組成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和數(shù)據(jù)處理部分，如圖l所示。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的主要功能是試件的夾持、調(diào)整、初始位移施加、初始力傳感、激振和振動信號的傳感。在機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，試件被垂直裝夾，上端夾持，下端自由。試件裝夾部分位置上下可調(diào)，適于測量不同長度的試件。激光傳感器位置可調(diào)，適應(yīng)于不同試件的不同自身原始變形。拉鉤位置水平可調(diào)，適于對試件自由端施加不同的初始位移，能精確設(shè)定這個初始位移量；在初始位移施加后，測力傳感器可以傳感初始力的大小。另外，在初始位移施加后，拉鉤能迅速釋放試件，實現(xiàn)試件的自由振動。測力傳感器應(yīng)為小量程、精密力傳感器，如可采用航天701研究所制造的懸臂式測力傳感器，型號BK-5D，量程3Kg，精度0.05%。激光傳感器應(yīng)為高精度位移傳感器，如可采用日本產(chǎn)SUNX(視神)，型號ANR1250激光傳感器+ANR5131放大器(控制器)。數(shù)據(jù)處理部分的主要功能是對初始力信號和振動信號的調(diào)理、采集、處理、計算出被測試件的靜態(tài)彎曲彈性模量、動態(tài)彎曲彈性模量和振動阻尼比等。數(shù)據(jù)處理部分主要由信號調(diào)理盒和計算機(jī)組成。信號調(diào)理盒中有力信號放大器、激光傳感器振動信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡等。數(shù)據(jù)采集卡為一般16位的數(shù)據(jù)采集卡，如可采用美國NI公司生產(chǎn)的NI-USB2008數(shù)據(jù)采集卡。計算機(jī)中有用于數(shù)據(jù)采集、處理的專用軟件。數(shù)據(jù)釆集、處理軟件可采用任何計算機(jī)程序語言編制，若采用Labview虛擬儀器語言編制會更方便。測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分如圖2所示，測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)又分為四個部分基礎(chǔ)框架部分A、試件裝夾部分B、初始加力部分C、振動傳感部分D。基礎(chǔ)框架部分是整個測量裝置的支持主體。試件裝夾部分可以使試件的一端固定，構(gòu)成試件懸臂梁彎曲和振動，防止試件發(fā)生傾斜和移動。初始加力部分可以有效地給試件自由端提供水平方向的初始位移和初始力，并能通過計算機(jī)采初始力信號，計算靜態(tài)MOE。振動傳感部分可以準(zhǔn)確地獲取試件懸臂梁振動過程中的位移振動信號并傳送到計算機(jī)，計算機(jī)通過數(shù)據(jù)分析、處理，得出動態(tài)MOE。如圖3所示，基礎(chǔ)框架部分A主要由底座1和支架14組成；底座1和支架14間通過四個螺釘18固定連接；在底座1上固定有直線導(dǎo)軌20，在支架14上固定有直線導(dǎo)軌16;直線導(dǎo)軌20與底座1間，以及直線導(dǎo)軌16與支架14間通過螺釘固定連接。如圖3和圖4所示，試件裝夾部分B由螺釘7、壓蓋8、壓板34、支座15、插銷11(兩個)、彎板12、滑座35等組成。壓蓋8通過四個螺釘9固定在支座15上，支座15通過四個螺釘固定在滑座35上，滑座35與導(dǎo)軌16構(gòu)成直線導(dǎo)軌組。旋轉(zhuǎn)螺釘7，向壓板34加力，將試件6壓在支座15上。滑座35與彎板12通過兩個螺釘10固定相連，插銷11插入支架14上的定位孔內(nèi)，實現(xiàn)整個試件裝夾部分的上下位置的定位和固定。支架14上有四對不同高度的定位孔(a、定位孔l，b、定位孔2，c、定位孔3，d、定位孔4)，每對定位孔對稱分布在直線導(dǎo)軌16兩側(cè)(圖3上只顯示了四對定位孔一側(cè)位置)。每對定位孔實現(xiàn)"試件裝夾部分"一個垂直位置，即對應(yīng)一個系列長度的試件；四對不同高度的定位孔實現(xiàn)"試件裝夾部分"四個垂直位置，即對應(yīng)于四個不同長度的試件系列。根據(jù)需要，在不同高度上可增加定位孔，甚至做成連續(xù)可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，以適于不同長度試件的測量需求。如圖3和圖5所示，初始加力部分C由滑座23、支座2、絲杠21、測力傳感器3、連接件4、拉鉤5等組成。拉鉤5通過銷軸40與連接件4連接，拉鉤5可以繞銷軸40轉(zhuǎn)動。銷軸40上套有扭簧37，用于給拉鉤5—個向上的支持力，調(diào)節(jié)螺釘36可以保持拉鉤5水平。支座2與滑座23間通過四個螺釘41固定聯(lián)接。壓下拉鉤5，鉤住試件6下端，測力傳感器3會傳感出初始(靜態(tài))力。拉鉤5水平位置的移動可以通過旋轉(zhuǎn)絲杠21實現(xiàn)。擋板38通過兩個螺釘39與支撐座27固定聯(lián)接。螺母19和螺母22在拉鉤5的水平位置調(diào)整完成后，用來鎖緊絲杠21，保持拉鉤5與支撐座27間的距離固定不變。如圖6所示，振動傳感部分D由激光傳感器25、上支撐座26、支撐座27、滑座31、絲杠28、支座29等組成。支座29通過四個螺釘30固定在底座1上。激光傳感器25、上支撐座26、支撐座27、滑座31，四者間通過螺釘固定相連。旋轉(zhuǎn)絲杠28可以調(diào)節(jié)激光傳感器25水平位置。擋板32通過兩個螺釘33與支撐座27固定在一起。測量裝置數(shù)據(jù)處理部分測量裝置的數(shù)據(jù)處理部分主要由信號調(diào)理盒42和計算機(jī)43組成。信號調(diào)理盒如圖7所示，信號調(diào)理盒42由力信號放大器44、激光傳感器振動信號放大器45、數(shù)據(jù)采集卡47、直流電46等組成。力信號放大器44和振動信號放大器45要分別與所選用的力傳感器和激光傳感器配套，一般要求傳感器廠商與傳感器一起配套提供。兩放大器輸出均為模擬電壓，最大輸出值一般要求為土5V。數(shù)據(jù)采集卡為一般16位的數(shù)據(jù)采集卡，如可釆用美國NI公司生產(chǎn)的NI-USB2008數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡47分別與兩個放大器相連，同時通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)的USB接口聯(lián)接；直流電源46分別與兩個放大器相連，為兩個放大器提供一定電壓的直流供電。直流供電電壓根據(jù)所選傳感器和放大器的要求而定，例如，航天701研究所制造的型號BK-5D懸臂式測力傳感器，需要的直流供電電壓為il2V;日本SUNX(視神)的ANR1250激光傳感器與ANR5131放大器組合，需要的直流供電電壓為12~24V。軟件流程計算機(jī)中有用于信號采集、分析、處理的專用軟件。軟件流程圖如圖8所示。該軟件可采用任何計算機(jī)程序語言編制，若采用Labview虛擬儀器語言編制會更方便。裝夾試件后，打開軟件。設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入被測試件基本參數(shù)。試件基本參數(shù)包括試件編號(名稱)，試件寬度Mmm)，試件厚度Wmm)，試件總長度丄(mm)，試件自由端初始位移A(mm)，試件質(zhì)量M(g)。軟件自動計算試件懸臂長度/為試件總長度丄減去夾持長度50mm。點擊軟件界面上"開始調(diào)零"圖標(biāo)。軟件采集、顯示激光傳感器輸出的位移信號，調(diào)整激光傳感器水平位置，至其輸出電壓為O。點擊軟件界面上"停止調(diào)零"圖標(biāo)。對試件自由端施加初始位移A，點擊"開始測量"圖標(biāo)。軟件采集初始力信號P，計算靜態(tài)MOE。釋放試件自由端，軟件釆集、顯示激光傳感器傳感的試件自由振動信號；分析、處理信號(1)計算有阻尼一階固有頻率^(2)計算阻尼比，(3)計算無阻尼一階固有頻率/，(4)計算試件動態(tài)MOE。存儲、顯示結(jié)果靜態(tài)MOE、動態(tài)MOE、阻尼比等。至此，完成一個試件的一次測試過程。本實用新型一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量方法，具體步驟如下(1)精確設(shè)定初始位移值。調(diào)整"試件裝夾部分B"的垂直位置至a(定位孔l)。選擇一個專門加工的，尺寸為140X50X1.5mm(長X寬X厚)，表面光潔的金屬板。擰動螺釘7，將金屬板裝夾到測量裝置上。點擊軟件界面上"開始調(diào)零"圖標(biāo)。軟件采集、顯示激光傳感器輸出的位移信號，通過旋轉(zhuǎn)絲杠28，微調(diào)激光傳感器25水平位置，至其輸出電壓為0。點擊軟件界面上"停止調(diào)零"圖標(biāo)。松開螺母19和螺母22，通過旋轉(zhuǎn)絲杠21，調(diào)整拉鉤5的水平位置，初步測量金屬板左側(cè)面與拉鉤5內(nèi)槽左邊沿的距離。待拉鉤5的水平大致位置調(diào)整完成后，擰緊螺母19和螺母22，鎖緊絲杠21，保持拉鉤5與支撐座27間的距離固定不動。再次精確測量金屬板左側(cè)面與拉鉤5內(nèi)槽左邊沿的距離。記下這個距離值，這個值就是后面力學(xué)性能測量過程中，試件自由端的初始位移值A(chǔ)。在一次設(shè)定完成后，初始位移值A(chǔ)即固定下來，測量任何試件的初始位移都是這個值。待需要改變初始位移值A(chǔ)時，就重新執(zhí)行這一步操作。(2)裝夾試件6。根據(jù)不同試件長度，調(diào)整"試件裝夾部分"的高度。擰動螺釘7，將試件6裝夾在測量裝置上。為簡化試件6準(zhǔn)備工作，根據(jù)試件厚度不同，試件長度取四種不同尺寸，但試件寬度均為50mm。具體試件尺寸規(guī)格見表l。本測量裝置可測量最大試件尺寸(長X寬X厚)為500X50X8.6mm。試件夾持長度均為50mm。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(3)設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入試件基本參數(shù)。打開軟件，設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入被測試件基本參數(shù)。試件基本參數(shù)包括試件編號(名稱)，試件寬度6(=50mm)，試件厚度/(mm)，試件總長度Z(mm)，試件自由端初始位移A(mm)，試件質(zhì)量M(g)。軟件自動計算試件懸臂長度/為試件總長度丄減去夾持長度50mm。(4)激光傳感器位移輸出調(diào)零。為消除試件裝夾后，其自身原始變形對測量的影響，正式測量前需要將激光傳感器零點對準(zhǔn)試件左側(cè)面。點擊軟件界面上"幵始調(diào)零"圖標(biāo)。軟件采集、顯示激光傳感器輸出的位移信號，通過旋轉(zhuǎn)絲杠28,微調(diào)激光傳感器25水平位置，至其輸出電壓為O。點擊軟件界面上"停止調(diào)零"圖標(biāo)。(5)測量靜態(tài)MOE。手動將試件底部右移，并將其掛在拉鉤5上。相當(dāng)于給試件自由端施加一個初始位移△。點擊"開始測量"圖標(biāo)。軟件采集初始位移力信號i5，采集時間為1至幾秒鐘；計算靜態(tài)MOE，顯示測量結(jié)果。試件靜態(tài)MOE測量、計算原理如下如圖9所示，靜態(tài)彈性模量￡=^。式中，戶為初始靜態(tài)力(N)，A為加載點位移量偷3(m)，/為懸臂梁懸出(非被裝夾)部分長度(m)，6為試件寬度(m)，f為試件厚度(m)。(6)測量動態(tài)MOE。靜態(tài)MOE測量結(jié)果顯示后，拉鉤5向下移開，釋放試件6自由端，試件自由振動。激光傳感器25傳感振動位移，軟件自動識別振動信號，并采集、顯示振動位移信號，采集時間為數(shù)秒鐘，計算動態(tài)MOE。具體信號分析、處理內(nèi)容包括(l)計算有阻尼一階固有頻率力，(2)計算阻尼比(T，(3)計算無阻尼一階固有頻率/，(4)計算試件動態(tài)MOE。具體信號分析、處理原理如下。有阻尼一階固有頻率力，由快速傅立葉變換算法對采集到的振動信號處理得到。阻尼比《=,^。式中，r5為自由振動振幅對數(shù)減縮；其計算式為c^^^ln^。其中，A為在振動衰減波形曲線上，選取的第1個振幅；A為在振動衰減波形曲線上，選取的第n個振幅。在有了有阻尼一階固有頻率力和阻尼比f后，無阻尼一階固有頻率的計算公式為/=~7^。最后，動態(tài)彈性模量五=12/^^^。式中，為密度(Kg/m3)，/為無阻尼一階固有頻率(Hz)，/為懸臂梁懸出(非被裝夾)部分長度(m)，/為試件厚度(m)。而試件密度/=!。式中，M為試件質(zhì)量(kg)，6為試件寬度(m)，丄為試件總長度(m)。&丄(7)存儲、顯示測量結(jié)果。軟件自動存儲被測試件測量結(jié)果，包括試件編號(名稱)、靜態(tài)彎曲彈性模量(靜態(tài)MOE)、動態(tài)彎曲彈性模量(動態(tài)MOE)、振動阻尼比、有阻尼一階固有頻率^和無阻尼一階固有頻率/。除非重新設(shè)定存儲目錄和文件名，否則新測定結(jié)果繼續(xù)寫入前面文件結(jié)尾處。軟件自動顯示被測試件三個測量結(jié)果，包括靜態(tài)MOE(先顯示于第(5)步結(jié)束時)、動態(tài)MOE和振動阻尼比。至此，一個測量過程完畢。如不改變初始位移值A(chǔ)，下個測量過程從步驟(2)開始即可。12如果試件本身存在一定的彎曲或扭曲變形，或在試件長度方向上力學(xué)性質(zhì)分布不一致，則測量結(jié)果會出現(xiàn)變動。推薦針對一個試件，進(jìn)行左右、正反面四次測定，然后取四次測量結(jié)果的平均值作為試件彈性模量值。如果一個批次試件中隨機(jī)抽樣的多個試件的四次測量結(jié)果差別很小，對該批次其它試件可只測量一次。實施例一下面結(jié)合一個試件的一次測量，說明測量裝置和測量過程的具體實施方式。試件材質(zhì)為中密度板(MDF)，試件尺寸(長X寬X厚)為340X50X3.7mm。計算機(jī)中用于信號采集、分析、處理的專用軟件采用Labview虛擬儀器語言編制。(1)精確設(shè)定初始位移值。調(diào)整"試件裝夾部分"的垂直位置至"定位孔1"。選擇一個專門加工的，尺寸為140X50X1.5mm(長X寬X厚)，表面光潔的金屬板，裝夾到測量裝置上。點擊軟件界面上"開始調(diào)零"圖標(biāo)。軟件采集、顯示激光傳感器輸出的位移信號，通過旋轉(zhuǎn)絲杠28，微調(diào)激光傳感器25水平位置，至其輸出電壓為0。點擊軟件界面上"停止調(diào)零"圖標(biāo)。松開螺母19和螺母22，通過旋轉(zhuǎn)絲杠21，調(diào)整拉鉤5的水平位置，初步測量金屬板左側(cè)面與拉鉤5內(nèi)槽左邊沿的距離。待拉鉤5的水平大致位置調(diào)整完成后，擰緊螺母19和螺母22，鎖緊絲杠21，保持拉鉤5與支撐座27間的距離固定不動。再次精確測量金屬板左側(cè)面與拉鉤5內(nèi)槽左邊沿的距離為12mm。這個值就是后面實際測量過程中，試件自由端初始位移值A(chǔ)=12mm。(2)裝夾試件。調(diào)整"試件裝夾部分"的垂直位置至"定位孔3"。擰動螺釘7，將試件裝夾在測量裝置上。試件夾持長度為50mm。(3)輸入試件基本參數(shù)。打開軟件，設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入被測試件基本參數(shù)。輸入的試件基本參數(shù)包括試件編號=MDF3.7-1，試件寬度6-50mm,試件厚度f二3.7mm，試件總長度￡=340mm，試件自由端初始位移△=50mm，試件質(zhì)量M:48.5g。軟件自動計算試件懸臂長度/為290mm。(4)激光傳感器位移輸出調(diào)零。點擊軟件界面上"開始調(diào)零"圖標(biāo)。軟件釆集、顯示激光傳感器輸出的位移信號，通過旋轉(zhuǎn)絲杠28，微調(diào)激光傳感器25水平位置，至其輸出電壓為O。點擊軟件界面上"停止調(diào)零"圖標(biāo)。(5)測量靜態(tài)MOE。手動將試件底部右移，并將其掛在拉鉤5上。相當(dāng)于給試件自由端施加一個初始位移A=12mm。點擊"開始測量"圖標(biāo)。軟件采集初始位移力信號P，采集時間為l秒鐘；計算靜態(tài)MOE-3.55GPa。(6)測量動態(tài)MOE。拉鉤5向下移開，釋放試件自由端，試件自由振動。激光傳感器25傳感振動位移，計算機(jī)采集、顯示振動位移信號，采集時間為3秒鐘，計算動態(tài)MOE。具體信號分析、處理結(jié)果為(1)有阻尼一階固有頻率力=15.891Hz，(2)振動阻尼比^"=0.075，(3)無阻尼一階固有頻率/=15.892Hz，(4)被測試件動態(tài)MOE=3.75GPa。(7)存儲、顯示測量結(jié)果。軟件自動存儲被測試件測量結(jié)果，包括試件編號(名稱^MDF3.7-1、靜態(tài)MOE:3.55GPa、動態(tài)MOE=3.75GPa、振動阻尼比0.075、有阻尼一階固有頻率力=15.891Hz和無阻尼一階固有頻率/=15.892Hz。軟件自動顯示被測試件三個測量結(jié)果。包括:靜態(tài)MOE=3.55GPa、動態(tài)MOE=3.75GPa和振動阻尼比<^=0.075。權(quán)利要求1、一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，其特征在于該裝置由兩部分組成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和數(shù)據(jù)處理部分，所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分又分為四個部分基礎(chǔ)框架部分(A)、試件裝夾部分(B)、初始加力部分(C)、振動傳感部分(D)；基礎(chǔ)框架部分(A)由底座(1)和支架(14)組成；底座(1)和支架(14)固定連接；在底座(1)上固定有直線導(dǎo)軌(20)，在支架(14)上固定有直線導(dǎo)軌(16)；直線導(dǎo)軌(20)與底座(1)間，以及直線導(dǎo)軌(16)與支架(14)間通過螺釘固定連接；試件裝夾部分(B)由螺釘(7)、壓蓋(8)、壓板(34)、支座(15)、插銷(11)、彎板(12)、滑座(35)組成；壓蓋(8)固定在支座(15)上，支座(15)固定在滑座(35)上，滑座(35)與導(dǎo)軌(16)構(gòu)成直線導(dǎo)軌組；滑座(35)與彎板(12)固定相連，插銷(11)插入支架(14)上的定位孔內(nèi)，實現(xiàn)整個試件裝夾部分的上下位置的定位和固定；支架(14)上有四對不同高度的定位孔，每對定位孔對稱分布在直線導(dǎo)軌(16)兩側(cè)；初始加力部分(C)由滑座(23)、支座(2)、絲杠(21)、測力傳感器(3)、連接件(4)、拉鉤(5)組成；拉鉤(5)通過銷軸(40)與連接件(4)連接，拉鉤(5)可以繞銷軸(40)轉(zhuǎn)動；銷軸(40)上套有扭簧(37)，用于給拉鉤(5)一個向上的支持力，調(diào)節(jié)螺釘(36)可以保持拉鉤(5)水平；支座(2)與滑座(23)固定聯(lián)接；拉鉤(5)水平位置的移動可以通過旋轉(zhuǎn)絲杠(21)實現(xiàn)；擋板(38)與支撐座(27)固定聯(lián)接；螺母(19)和螺母(22)在拉鉤(5)的水平位置調(diào)整完成后，用來鎖緊絲杠(21)，保持拉鉤(5)與支撐座(27)間的距離固定不變；振動傳感部分(D)由激光傳感器(25)、上支撐座(26)、支撐座(27)、滑座(31)、絲杠(28)、支座(29)組成；支座(29)固定在底座(1)上；激光傳感器(25)、上支撐座(26)、支撐座(27)、滑座(31)，四者間通過螺釘固定相連；旋轉(zhuǎn)絲杠(28)調(diào)節(jié)激光傳感器(25)水平位置；擋板(32)與支撐座(27)固定在一起；所述的數(shù)據(jù)處理部分包括信號調(diào)理盒(42)及計算機(jī)(43)；信號調(diào)理盒(42)由力信號放大器(44)、激光傳感器振動信號放大器(45)、數(shù)據(jù)采集卡(47)、直流電源(46)組成；數(shù)據(jù)采集卡分別與兩個放大器相連，同時通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)的USB接口聯(lián)接；直流電源分別與兩個放大器相連，為兩個放大器提供一定電壓的直流供電。專利摘要本實用新型涉及一種薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量裝置，由兩部分組成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和數(shù)據(jù)處理部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分又分為四個部分基礎(chǔ)框架部分、試件裝夾部分、初始加力部分、振動傳感部分；數(shù)據(jù)處理部分包括信號調(diào)理盒及計算機(jī)；本實用新型的測量方法主要有以下幾個步驟(1)精確設(shè)定初始位移值；(2)裝夾試件；(3)設(shè)定測量結(jié)果存儲目錄和文件名，輸入試件基本參數(shù)；(4)激光傳感器位移輸出調(diào)零；(5)測量靜態(tài)MOE；(6)測量動態(tài)MOE；(7)存儲、顯示測量結(jié)果。本實用新型能快速、方便地測定薄板類木質(zhì)材料的力學(xué)性能，與傳統(tǒng)測量裝置和方法相比，本實用新型的薄板類木質(zhì)材料力學(xué)性能快速測量的測量裝置及測量方法，節(jié)約了時間、成本，操作簡便。文檔編號G01N19/00GK201344893SQ200920105840公開日2009年11月11日申請日期2009年2月20日優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日發(fā)明者張厚江,郭志仁申請人:北京林業(yè)大學(xué);張厚江