一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置的製作方法
2023-10-11 15:56:54 5
本實用新型涉及材料試驗
技術領域：
，特別涉及一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置及方法。
背景技術：
：碰撞是普遍存在的物理現象。其中恢復碰撞係數是表徵碰撞能量損失的重要參數。在破碎、篩分、汽車等多個行業裝備的開發設計中，均需要測定恢復碰撞係數。而該參數與相互碰撞物體的材料類型相關。不同材料碰撞，其碰撞恢復係數一般是不一樣的。通常，需要精確測量碰撞材料的前後速度變化，才能獲得碰撞恢復係數，而精確檢測速度一般難以進行。此外，測量碰撞材料碰撞前後的彈跳高度變化，也是一種有效測量方式。但是材料碰撞後彈起的高度變化是動態的，準確獲得其彈起後的最高高度值也比較困難，其測量誤差較大，影響了碰撞恢復係數的計算結果精度。因此，開發一種碰撞恢復係數精確的通常測定方法，並推廣到各個行業中應用具有重要意義。一般來講，精確測量碰撞材料的前後速度變化，即可獲得碰撞恢復係數。而精確檢測速度一般難以進行。此外，測量碰撞材料碰撞前後的彈跳高度變化，也是一種有效測量方式。但是材料碰撞後彈起的高度變化是動態的，準確獲得其彈起後的最高高度值也比較困難，影響了碰撞恢復係數的計算結果精度。有鑑於此，本發明人研製出一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置。技術實現要素：本實用新型的目的在於提供一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置，裝置測試簡單易行，只需通過測量碰撞材料多次碰撞時對應的音頻變化的時刻，即可精確獲得其碰撞恢復係數，而且時間的測量相對較速度測量、動態高度測量容易得多，測量精度也更高，可用於確定任意碰撞材料的碰撞恢復係數。為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置，包括底座、支架、橫梁、碰撞球、碰撞板、聲音傳感器、採集卡和計算機；所述碰撞板和支架固定在底座上，橫梁安裝在支架上，且橫梁位於碰撞板上方，碰撞球嵌在橫梁上，聲音傳感器設置在碰撞板旁邊且靠近碰撞球下落的位置，所述聲音傳感器、採集卡與計算機依次連接；所述碰撞球與碰撞板分別採用不同的碰撞材料製成。所述碰撞板為長方形板。採用上述方案後，本實用新型工作原理如下：將碰撞球從橫梁高度掉落至碰撞板上，碰撞球與碰撞板碰撞後彈起，然後又落下、彈起，直至碰撞球停止在碰撞板上，聲音傳感器獲取音頻信號，採集卡將音頻信號採集起來，然後將音頻信號發送至計算機，計算機生成顯示音頻隨時間變化曲線，根據音頻隨時間變化曲線便可計算出碰撞恢復係數。本實用新型的有益效果是：測試裝置簡單易操作，只需通過測量碰撞材料多次碰撞時對應的音頻變化的時刻，即可精確獲得其碰撞恢復係數，無需將高度H納入計算，而且時間的測量相對較速度測量、動態高度測量容易得多，測量精度也更高，可用於確定任意碰撞材料的碰撞恢復係數。以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步說明。附圖說明圖1是本實用新型基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置結構示意圖；圖2是加速度隨時間變化曲線圖；圖3是加速度隨時間變化曲線的實例圖。標號說明碰撞球1，碰撞板2，碰撞區21，聲音傳感器3，採集卡4，底座5，支架6，橫梁7，計算機8。具體實施方式如圖1所示，本實用新型揭示的一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置，一種基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置，包括底座5、支架6、橫梁7、碰撞球1、碰撞板2、聲音傳感器3、採集卡4和計算機8；所述碰撞球2與碰撞板3分別採用不同的碰撞材料製成，所述碰撞板2為長方形板。碰撞板1和支架6固定在底座5上，橫梁7安裝在支架6上，且橫梁7位於碰撞板2上方，碰撞球1嵌在橫梁7上，聲音傳感器3設置在碰撞板2旁邊且靠近碰撞球1下落的位置，即碰撞板2上的碰撞區21，所述聲音傳感器3、採集卡4與計算機8依次連接。上述基於聲波傳感測定材料碰撞恢復係數的裝置在測定碰撞恢復係數時，具體包括以下步驟：一、將聲音傳感器3靠近碰撞球1大致的下落位置；二、開啟計算機8，監測聲音傳感器3的信號；三、手動讓碰撞球1從橫梁7上掉落，記橫梁7與碰撞板2高度差為H，碰撞球1與掉落至碰撞板2，碰撞後彈起，進而又落下與碰撞板2再次碰撞，碰撞過程進行到碰撞球1停止在碰撞板2上為止；四、在碰撞過程中，採集卡4採集聲音傳感器3檢測到的音頻信號，並將音頻信號實時發送至計算機，如圖2所示，計算機生成顯示音頻隨時間變化曲線；五、根據音頻隨時間變化曲線計算碰撞恢復係數：從音頻隨時間變化曲線中可獲取每次碰撞的時間以及多次碰撞的總時間，從音頻隨時間變化曲線中選取一組時間：即第1次碰撞到第n+1次碰撞的總時間Tn和第一次碰撞到底2n+1此碰撞的總時間T2n，根據以下公式計算碰撞恢復係數：上述計算碰撞恢復係數的步驟具體包括：記第i-1次和第i次碰撞的時間分別為ti-1和ti，對應的碰撞球下落加速度分別為ai-1和ai，設碰撞球第i-1次和第i次碰撞碰撞板對應速度為Vi-1和Vi，則有：由式(1)可得：Vi＝eVi-1＝e2Vi-2＝...＝eiV1(2)其中為碰撞球第1次碰撞碰撞板時對應速度；碰撞球第i-1次碰撞和第i次碰撞碰撞板的時間間隔為Δti＝ti-ti-1，第i次碰撞時對應速度Vi與時間間隔Δti的關係為：Vi＝gΔti/2(3)由式(2)和式(3)可得：從第1次碰撞到第n+1次碰撞的總時間為則由式(5)可得：通過式(5)除以式(6)可得：求解式(7)可得：最後選取一個n值，根據式(8)計算碰撞恢復係數。以下是本實用新型測定碰撞係數的應用實例，計算機檢測到的音頻隨時間變化曲線如圖3所示，結合表1和2，有如下步驟：1)從圖3曲線中取前8個音頻峰值對應的時間，分別參見表1：序號12345時間(s)1.6342.0482.3492.5762.757序號6789時間(s)2.9033.0273.1283.2162)從圖3計算8個時間對應的時間間隔Δti；表2序號1234時間間隔Δti0.4140.3010.2270.181序號5678時間間隔Δti0.1460.1240.1010.0883)根據令n分別為4和8，可計算計算T4＝1.123和T8＝1.5824)根據令n＝4，可計算e為0.7996。以上僅為本實用新型的具體實施例，並非對本實用新型的保護範圍的限定。凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護範圍。當前第1頁1 2 3