阅读说明：本技术 一种金属材料性能参数测量装置及方法 (Metal material performance parameter measuring device and method ) 是由 赵延广 阎军 阎琨 孙士勇 张鑫 王之凡 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种金属材料性能参数测量装置及方法。该金属材料性能参数测量装置中的试验台架上设置试件、位移传感器和非接触激振器；位移传感器与处理器电连接；非接触激振器通过扫频信号发生器与处理器电连接；处理器用于控制扫频信号发生器的扫频电压；扫频信号发生器用于控制非接触激振器发出扫频信号,以对试件进行激振；位移传感器用于检测试件的位移变化信号,并将位移变化信号发送至处理器；处理器还用于根据位移变化信号,得到试件的幅频曲线,从而确定试件的阻尼比。本发明能提高阻尼比测量的准确性。(The invention discloses a device and a method for measuring performance parameters of a metal material. A test stand in the metal material performance parameter measuring device is provided with a test piece, a displacement sensor and a non-contact vibration exciter; the displacement sensor is electrically connected with the processor; the non-contact vibration exciter is electrically connected with the processor through the sweep frequency signal generator; the processor is used for controlling the sweep frequency voltage of the sweep frequency signal generator; the frequency sweep signal generator is used for controlling the non-contact vibration exciter to send out a frequency sweep signal so as to excite the test piece; the displacement sensor is used for detecting a displacement change signal of the test piece and sending the displacement change signal to the processor; the processor is further used for obtaining an amplitude-frequency curve of the test piece according to the displacement change signal, and therefore the damping ratio of the test piece is determined. The invention can improve the accuracy of the damping ratio measurement.)

一种金属材料性能参数测量装置及方法

技术领域

本发明涉及材料性能测量领域，特别是涉及一种金属材料性能参数测量装置及方法。

背景技术

目前，通常利用半功率带宽法测量阻尼比。其中，采用锤击法得到其幅频曲线，之后得到半功率点对应的两个频率及共振频率点，最后基于半功率点对应的两个频率及共振频率点得到其阻尼比。现有用半功率带宽法测量阻尼比的方法由于用小锤敲击，每次敲击的条件无法保持一致，所得到的数据不稳定，故得到的阻尼比并不准确。

发明内容

基于此，有必要提供一种金属材料性能参数测量装置及方法，以提高阻尼比测量的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属材料性能参数测量装置，包括：试验台架、位移传感器、非接触激振器、扫频信号发生器和处理器；所述试验台架上设置试件、所述位移传感器和所述非接触激振器；所述位移传感器与所述处理器电连接；所述非接触激振器通过所述扫频信号发生器与所述处理器电连接；所述处理器用于控制所述扫频信号发生器的扫频电压；所述扫频信号发生器用于控制所述非接触激振器发出扫频信号，以对所述试件进行激振；所述位移传感器用于检测所述试件的位移变化信号，并将所述位移变化信号发送至所述处理器；所述处理器还用于根据所述位移变化信号，得到所述试件的幅频曲线，从而确定所述试件的阻尼比。

可选的，所述试验台架包括底座、支撑轴和横梁；所述底座上固定所述支撑轴，所述支撑轴的顶端固定所述横梁；所述试件固定在所述横梁上；所述位移传感器和所述非接触激振器均固定在所述支撑轴上。

可选的，所述金属材料性能参数测量装置还包括夹具；所述夹具固定在所述横梁的一侧；所述夹具用于固定所述试件。

可选的，所述位移传感器和所述非接触激振器均通过磁体固定在所述支撑轴上。

可选的，所述非接触激振器与所述试件的底端对应且与所述试件在竖直方向平行；所述位移传感器与所述试件的中部对应且与所述试件在竖直方向平行。

可选的，所述非接触激振器与所述试件的距离为15mm；所述位移传感器与所述试件的距离为5mm。

可选的，所述处理器内置有DHDAS信号测试分析系统软件。

本发明还提供了一种金属材料性能参数测量方法，所述金属材料性能参数测量方法用于上述所述的金属材料性能参数测量装置，所述金属材料性能参数测量方法，包括：

控制非接触激振器发出扫频信号，以对试件进行激振；

获取位移传感器采集的所述试件的位移变化信号，并由所述位移变化信确定所述试件的位移-时间曲线；

由所述位移-时间曲线确定所述试件的幅频曲线、所述幅频曲线对应的频率值和所述幅频曲线对应的幅值；

由所述幅频曲线、所述频率值和所述幅值确定所述试件的阻尼比。

可选的，所述由所述幅频曲线、所述频率值和所述幅值确定所述试件的阻尼比，具体包括：

对所述幅频曲线中处于峰值处的曲线进行放大，得到所述幅频曲线中的最大幅值，并将所述最大幅值对应的频率值确定为所述试样的固有频率；

将所述最大幅值的0.707倍确定为目标幅值；

在所述幅频曲线中过所述目标幅值绘制一条水平直线，将所述直线与所述幅频曲线的交点对应的频率值确定为第一频率和第二频率；

由所述第一频率、所述第二频率和所述固有频率计算所述试件的阻尼比。

可选的，在所述控制非接触激振器发出扫频信号，以对试件进行激振之前，还包括：

设定处理器的采样频率、幅频曲线谱线数、非接触激振器的扫频范围、非接触激振器的扫速和扫频信号发生器的扫频电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种金属材料性能参数测量装置及方法。该金属材料性能参数测量装置中的试验台架上设置试件、位移传感器和非接触激振器；位移传感器与处理器电连接；非接触激振器通过扫频信号发生器与处理器电连接。处理器通过控制扫频信号发生器使非接触激振器发出扫频信号，以对试件进行激振；处理器还用于根据位移传感器采集到的位移变化信号，得到试件的幅频曲线，从而确定试件的阻尼比。本发明通过设置位移传感器和非接触激振器，将扫频激励与半功率带宽法相结合从而测得试件的阻尼比，可以保证每次激励的条件偏差较小，从而得到稳定的数据，提高阻尼比测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的金属材料性能参数测量装置的结构示意图；

图2为本发明提供的试件的幅频曲线示意图；

图3为本发明实施例提供的金属材料性能参数测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的金属材料性能参数测量装置的结构示意图。

参见图1，本实施中的金属材料性能参数测量装置，包括：试验台架3、位移传感器4、非接触激振器6、扫频信号发生器7和处理器8。所述试验台架3上设置试件2、所述位移传感器4和所述非接触激振器6，所述试验台架3起固定支撑作用。所述位移传感器4与所述处理器8通过数据引线5电连接；所述非接触激振器6通过所述扫频信号发生器7与所述处理器8通过数据引线5电连接；数据引线5起传输信号的作用。所述处理器8用于控制及记录所述扫频信号发生器7的扫频电压；所述扫频信号发生器7用于控制所述非接触激振器6发出扫频信号，以对所述试件2进行激振；所述位移传感器4用于实时检测所述试件2的位移变化信号，并将所述位移变化信号发送至所述处理器8；所述处理器8还用于根据所述位移变化信号，得到所述试件2的幅频曲线，从而确定所述试件2的阻尼比。在实际应用中，所述试件2为金属材料。所述扫频信号可以为正弦扫频信号。

作为一种可选的实施方式，所述试验台架3包括底座、支撑轴和横梁；所述底座上固定所述支撑轴，所述支撑轴的顶端固定所述横梁；所述试件2固定在所述横梁上；所述位移传感器4和所述非接触激振器6均固定在所述支撑轴上。

作为一种可选的实施方式，所述金属材料性能参数测量装置还包括夹具1；所述夹具1固定在所述横梁的一侧；所述夹具1用于固定所述试件2。具体的，所述夹具1通过螺钉将试件2竖直固定在试验台架3上。

作为一种可选的实施方式，所述位移传感器4和所述非接触激振器6均通过磁体固定在所述支撑轴上。位移传感器4通过自身磁体固定在所述支撑轴上，非接触激振器6通过自身磁体固定在所述支撑轴上。

作为一种可选的实施方式，所述非接触激振器6的头部与所述试件2的底端(下端)对应且与所述试件2在竖直方向平行；所述位移传感器4的头部与所述试件2的中部对应且与所述试件2在竖直方向平行。

作为一种可选的实施方式，所述非接触激振器6与所述试件2的距离为15mm；所述位移传感器4与所述试件2的距离为5mm。

作为一种可选的实施方式，所述处理器8内置有DHDAS信号测试分析系统软件。

作为一种可选的实施方式，所述处理器8为计算机。

在实际应用中，上述金属材料性能参数测量装置的试验流程如下：

步骤一：固定试件2，安装位移传感器4与非接触激振器6。

步骤二：打开并设置好扫频信号发生器7的扫频方式、起始终止频率、扫频速度及扫频电压。其中，非接触激振器6的扫频范围为10Hz-100Hz，扫速为1Hz/s，频信号发生器的扫频电压(激励电压)为650mv。

步骤三：打开处理器8(计算机)，进入DHDAS软件平台的数据采集模块，设定好采样频率与经过FFT(快速傅里叶变换)后的幅频曲线的谱线数；之后打开采集通道，准备采集试件2的时间-位移曲线，随后处理器8会将其转化为对应的幅频曲线。其中，采样频率设为1.28kHz，FFT曲线谱线数设为12800(df＝0.039Hz)。

步骤四：启动扫频信号发生器7，发出正弦扫频信号。

步骤五：待扫频进行两个周期后，关闭扫频信号发生器7与数据采集系统，将所测得的幅频曲线、幅频曲线对应的频率和幅频曲线对应的幅值数据保存。

步骤六：将试件2从夹具1上卸下。

步骤七：安装好下一根试件2并固定好位移传感器4与非接触激振器6，再重复步骤二至步骤六的操作，直到所有试件2测试完毕。

步骤八：关闭扫频信号发生器7、位移传感器4及非接触激振器6。

之后得到金属材料试件2的幅频曲线，放大其幅值峰值处的曲线，如图2示。从幅频曲线中得到最大幅值，最大幅值所对应的频率为对应试件2的一阶固有频率f₀。

下面，利用半功率带宽法测量其阻尼比ξ。具体的，首先取共振频率所对应的最大幅值A_max的0.707倍，过此值在幅频曲线中做一条水平直线，该直线与幅频曲线交与两点，记频率较小值对应的点为f₁，频率较大值点为f₂。则阻尼比为

本实施例的金属材料性能参数测量装置，通过设置位移传感器和非接触激振器，将正弦扫频激励与半功率带宽法相结合从而测得试件的阻尼比，相较于锤击法来说更加稳定，可以保证每次激励的条件偏差较小，从而得到稳定的数据，提高阻尼比测量的准确性；并且本实施例提供了金属材料阻尼比及固有频率测量的具体实验方法，为他人对金属材料的研究提供了参考。

本发明还提供了一种金属材料性能参数测量方法，所述金属材料性能参数测量方法用于上述实施例中的金属材料性能参数测量装置。图3为本发明实施例提供的金属材料性能参数测量方法的流程图，参见图3，本实施例中的金属材料性能参数测量方法，包括：

步骤101：控制非接触激振器发出扫频信号，以对试件进行激振。

步骤102：获取位移传感器采集的所述试件的位移变化信号，并由所述位移变化信确定所述试件的位移-时间曲线。

步骤103：由所述位移-时间曲线确定所述试件的幅频曲线、所述幅频曲线对应的频率值和所述幅频曲线对应的幅值。

步骤104：由所述幅频曲线、所述频率值和所述幅值确定所述试件的阻尼比。

作为一种可选的实施方式，所述由所述幅频曲线、所述频率值和所述幅值确定所述试件的阻尼比，具体包括：

对所述幅频曲线中处于峰值处的曲线进行放大，得到所述幅频曲线中的最大幅值，并将所述最大幅值对应的频率值确定为所述试件的固有频率。

将所述最大幅值的0.707倍确定为目标幅值。

在所述幅频曲线中过所述目标幅值绘制一条水平直线，将所述直线与所述幅频曲线的交点对应的频率值确定为第一频率和第二频率。

由所述第一频率、所述第二频率和所述固有频率计算所述试件的阻尼比。

具体计算公式为

其中，ξ表示阻尼比，f₁为第一频率，f₂为第二频率，第二频率大于第一频率，f₀为固有频率。

作为一种可选的实施方式，在步骤101之前，还包括：

设定处理器的采样频率、幅频曲线谱线数、非接触激振器的扫频范围、非接触激振器的扫速和扫频信号发生器的扫频电压。其中，非接触激振器的扫频范围为10Hz-100Hz，扫速为1Hz/s，频信号发生器的扫频电压(激励电压)为650mv；处理器的采样频率设为1.28kHz，幅频曲线谱线数设为12800(df＝0.039Hz)。

本实施例中的金属材料性能参数测量方法，利用扫频分析与半功率带宽法相结合测量金属材料的固有频率与阻尼比，解决了常温下测量金属材料固有频率和阻尼比测量的难题，提高了阻尼比测量的准确性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。