1 前言

我們從1990年開(kāi)始與西北機(jī)器廠合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)。并用Visual C++作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了材料緩沖特性的測(cè)試系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年來(lái)不斷的完善，已經(jīng)成為功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的測(cè)試系統(tǒng)。2003年該測(cè)試系統(tǒng)獲得陜西省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。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(gòu)買我們的系統(tǒng)。

2 材料緩沖特性測(cè)試虛擬儀器的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)依照GB8167-87《包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》的要求，用于在緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)上對(duì)緩沖材料進(jìn)行緩沖性能動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，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(yīng)力下，對(duì)于不同跌落高度，材料所表現(xiàn)出的最大加速度——靜應(yīng)力曲線，緩沖系數(shù)——最大應(yīng)力曲線，動(dòng)態(tài)應(yīng)力——應(yīng)變等曲線和數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行運(yùn)輸包裝件的緩沖襯墊的設(shè)計(jì)。是緩沖材料生產(chǎn)商（如泡沫塑料、蜂窩紙板等生產(chǎn)商）、貴重機(jī)電、家電設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等）生產(chǎn)商、包裝工程專業(yè)教學(xué)和科研不可缺少的試驗(yàn)裝備。硬件部分由緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)，加速度計(jì)，電荷放大器，計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集板等部分組成。軟件部分由數(shù)據(jù)采集、速度測(cè)試、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)分析、曲線顯示、曲線擬合、實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）Y52-2/ZF緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)臺(tái)體 1臺(tái)
滑臺(tái)最大落下高度 1200mm
最大跌落重量 50kgf
輕臺(tái)自重 2kgf（最小靜應(yīng)力500Pa）
重臺(tái)自重 7kgf
最小重量增量 1kgf
（2）數(shù)據(jù)采集接口板 1臺(tái)；
（3）壓電型加速度計(jì) 1只
（4）試驗(yàn)機(jī)控制器 1臺(tái)
（5）電荷放大器 1臺(tái)
（6）緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理軟件（Windows界面，VC編程）
專業(yè)版 ITHC-Pro2.0 1套
演示版 ITHC-Demo2.0 1套

4 系統(tǒng)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(hào)（圖2）。

圖2 加速度時(shí)間曲線

（2）提供各種FIR數(shù)字濾波器對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波，保證了信號(hào)不會(huì)失真，這對(duì)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(shù)字濾波器和濾波后的曲線

（3）以線性或?qū)?shù)方式顯示最大加速度-靜應(yīng)力，緩沖系數(shù)-最大應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變等曲線。既可以單一地顯示曲線，又可以把擬合曲線和原始離散數(shù)據(jù)同時(shí)顯示（圖4）。

圖 4 用對(duì)數(shù)方式輸出的擬合后的最大加速度靜應(yīng)力曲線

（4）提供多種曲線擬合方案，特別是手工擬合，更使您得心應(yīng)手。用離散數(shù)據(jù)去擬合曲線的工作是很復(fù)雜的。雖有人提供了200多種函數(shù)，供擬合數(shù)據(jù)使用，但還沒(méi)有一種適合任意一組離散數(shù)據(jù)的通用的方法。我們給出的手工擬合法使您能隨心所欲地生成光滑連續(xù)的擬合曲線。
（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(yù)

圖 5擬合后的緩沖系數(shù)曲線

關(guān)于測(cè)試系統(tǒng)的詳細(xì)情況請(qǐng)登陸：www.testimpact.com，并歡迎來(lái)電0910-3572033詢問(wèn)。

5結(jié)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(yàn)的虛擬儀器，它具有操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、數(shù)據(jù)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供了強(qiáng)有力的支持，作為緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮測(cè)試的專用虛擬儀器，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，對(duì)于緩沖材料的研究、試驗(yàn)和測(cè)試有重要的意義。

[參考文獻(xiàn)]
[1] 彭國(guó)勛等.運(yùn)輸包裝[M]. 北京.印刷工業(yè)出版社,2000.
[2] 山靜民等.包裝測(cè)試技術(shù)[M].北京.印刷工業(yè)出版社,1999.
[3] 山靜民.材料緩沖系數(shù)的快速測(cè)試方法[J].包裝工程,20(3)，1999.
[4] 山靜民等.緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)[J].中國(guó)包裝.19(3),1999
[5] 山靜民、陳滿儒、譚志明.緩沖系統(tǒng)振動(dòng)特性的掃頻測(cè)試[J]. 包裝工程,23(4)，2002

作者簡(jiǎn)介：山靜民（1944-），男，陜西咸陽(yáng)人，陜西科技大學(xué)教授。主要從事測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，特別是沖擊測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。聯(lián)系電話：09103572033 高載荷測(cè)試系統(tǒng)是一種由試驗(yàn)儀控制的液壓站，來(lái)控制垂向壓力作用在一定面積的承壓板上，向壓板下地基逐級(jí)施加垂向荷載，測(cè)求地基土的強(qiáng)度與變形現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的儀表。本儀表試驗(yàn)的理論為土力學(xué)變形和強(qiáng)度的理論。該實(shí)驗(yàn)理論推廣使用早，檢驗(yàn)的工程多，積累的經(jīng)驗(yàn)豐富，可信的程度高，實(shí)為應(yīng)用度高的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。

 

高載荷測(cè)試系統(tǒng)的重要特點(diǎn)：

→人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，機(jī)宜人、人適機(jī)，符合人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，、健康、舒適、安全。

→液壓伺服自動(dòng)加載。

→四立柱絲杠結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)整空間，可拆裝式安全梯，平穩(wěn)；

→高空間、大跨度、高剛性、高穩(wěn)定性載荷測(cè)試機(jī)架；

→雙控雙向液壓油缸，快速運(yùn)行、快速試驗(yàn)、高頻響應(yīng)、快速返回；

→高精度測(cè)力傳感器，線性寬，穩(wěn)定性好，保證載荷的測(cè)力精度。

→電路板采用光電隔離設(shè)計(jì)，具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

→移動(dòng)小車，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于試件檢測(cè)時(shí)移入機(jī)架內(nèi)，檢測(cè)完畢快速移出，省時(shí)省力、快速。

→實(shí)現(xiàn)等速率自動(dòng)加載、恒試驗(yàn)力保持、循環(huán)加載卸荷。

→靜音型油源泵站系統(tǒng)，自帶冷卻系統(tǒng)，保證油溫不會(huì)升高，適于長(zhǎng)期連續(xù)工作。

→液壓過(guò)濾凈油技術(shù)：電動(dòng)油泵循環(huán)過(guò)濾、避免伺服閥阻塞，液壓油長(zhǎng)期循環(huán)使用。

→自動(dòng)、手動(dòng)、定荷操作。

 

高載荷測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：

突破已有產(chǎn)品的溫度局限，實(shí)現(xiàn)了750℃的高溫測(cè)試。

實(shí)現(xiàn)-100℃的低溫測(cè)試，并且不產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象。

采用與同樣的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依然具有超低的熱漂移現(xiàn)象。

包含所有的納米力學(xué)范圍的測(cè)試功能，包括：壓痕、劃痕、磨損、摩擦、高載荷沖擊。

可以填充氣體以匹配材料測(cè)試的不同環(huán)境。