一種聚合物平面薄板製品表面內應力的測定裝置及其實施方法
2023-10-07 04:29:44 2
一種聚合物平面薄板製品表面內應力的測定裝置及其實施方法
【專利摘要】一種聚合物平面薄板製品表面內應力的測定裝置及其實施方法,屬於材料性能檢測領域。本實驗裝置包括機械裝置、伺服驅動裝置、超聲波發射/接收測量裝置三部分；機械部分包括：水平底座、工字型支撐架、矩形支撐架、後支撐板、靜滑槽機構、動滑槽機構和滾珠絲杆滑槽機構；伺服驅動裝置由伺服電機和電控部分組成，電控部分就通過伺服控制器來精確控制電機的轉動；超聲波發射/接收測量裝置就是激勵壓電陶瓷產生超聲波信號，並把採集到的數據傳輸給上位機處理。本發明集成化程度高、操作簡單，可以實現聚合物薄板表面內應力快速、準確測量。
【專利說明】一種聚合物平面薄板製品表面內應力的測定裝置及其實施方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於瑞利波傳播原理測量聚合物製品表面內應力的裝置和實施方法，屬於材料性能檢測領域。
【背景技術】
[0002]聚合物薄板製品特別是複合工程聚合物薄板製品(厚度I~3_)被廣泛地應用於航空航天領域和其他高科技領域，但在其擠出或注射加工成型過程中，熔體在模腔內由於冷卻不均勻、流動的不均勻、或是熔體本身塑化不均勻等綜合因素的影響，導致最終成型製品表面產生內應力，這種表面內應力的存在，會使製品產生翹曲、變形甚至會在制品表面產生細微裂紋，最終影響聚合物薄板製品的光學性能和使用壽命。現有的聚合物材料性能測量裝置無法實現對聚合物薄板製品表面內應力分布的定性定量測量。
[0003]本發明基於以下的測量方法:
[0004]本發明基於超聲波在均勻固體介質中傳播時的聲彈性理論為理論基礎,採用瑞利波(表面波)以透射的模式，將兩個斜探頭安裝在聚合物薄板製品的任意位置，當聚合物薄板製品表面局部區域存在內應力時，該區域內的體積彈性模量及密度值將會發生變化，當表面波通過該區域時其傳播速度也將隨之發生變化，其理論公式如下:
【權利要求】
1.一種聚合物平面薄板製品表面內應力的測定裝置包括機械裝置、伺服驅動裝置、超聲波發射/接收測量裝置； 具體而言，機械裝置包括水平底座(21)、工字型支撐架(20)、矩形支撐架(9)、後支撐板(13)、靜滑槽機構、動滑槽機構和滾珠絲杆滑槽機構；工字型支撐架(20)通過M8的連接螺栓(8)固定在底座(21)上，靜滑槽機構通過四個M4的連接螺栓(11)和工字型支撐架連接；靜滑槽機構包括底板(16)、兩個滑槽邊(10)、滑塊(22)和滑槽導向螺釘(15);在靜滑槽機構中，通過旋轉滑槽導向螺釘(15)控制滑塊(22)的移動，兩個滑槽邊(10)和底板(16)是由四個M4的連接螺栓連接在一起，滑塊(22)通過預緊螺栓(12)與矩形探頭夾塊(14)連接，探頭夾塊(14)的末端夾持有超聲波接受探頭(3)，通過控制預緊螺栓(12)就可以實現超聲波探頭的夾緊； 矩形支撐架(9)通過四個M8的連接螺栓⑶固定在底座(21)上，矩形支撐架(9)通過四個M4的連接螺栓(11)與滾珠絲杆滑槽機構連接；滾珠絲杆滑槽機構包括底板(16)、兩個滑槽邊(10)、連接滑塊(19)和滾珠絲杆(5);兩個滑槽邊(10)和底板(16)是由四個M4的連接螺栓(11)連接在一起，連接滑塊(22)嵌在兩個滑槽邊(10)和底板(16)組成的滑槽內，滾珠絲杆(5)通過底板(16)上的螺紋孔和連接滑塊(22)連接，旋轉滾珠絲杆(5)可帶動連接滑塊(19)橫向移動，連接滑塊(19)通過一個M4連接螺栓(11)和動滑槽機構連接；動滑槽機構包括底板(16)、兩個滑槽邊(10)、滑塊(22)和滑槽導向螺釘(15)，滑塊(22)通過探頭夾塊(14)夾持有超聲波發射探頭(I)，通過旋轉滾珠絲杆(5)就可以帶動超聲波接受探頭(3)橫向移動； 後支撐板(13)通過兩個M8螺釘(23)固定在底板(21)上，後支撐板(13)兩邊分別標有刻度線；後支撐板(13)嵌入在水平支撐架(18)內、用緊定螺釘(17)可以將水平支撐架(18)固定後支撐板(13)上的任一位置，水平支撐架(18)上標有刻度線，待測薄板樣品(7)置於水平支撐架(18)上； 伺服驅動裝置由伺服電機(6)和電控部分組成，電控部分包括電器櫃(32)、伺服控制器(37)、24V開關電源(36)、電源指示燈(33)、急停按鈕(34)、伺服電機啟動按鈕(35)，伺服控制器通過A/D通訊電纜(24)、D/A通訊電纜(25)與上位機(28)實現信息的互換，上位機(28)安裝有可以與伺服控制器(37)通信控制的A/D採集卡(27)和控制輸入的D/A轉換卡(26)，具體控制流程如圖4所示； 超聲波發射/接收測量裝置通過超聲波發射探頭傳輸電纜(2)和超聲波接受探頭傳輸電纜(4)分別和超聲波發射探頭(1)和接受探頭(3)連接，採集到的數據通過USB數據通訊線(29)傳送給上位機(28)進行處理計算，上位機對採集信號的處理是通過Qt creator編程軟體實現的，把上述測量方法通過Qt creator編程建模，其計算結果就可在上位機顯示器(30)上面顯示。
2.依權利要求1所述的一種聚合物平面薄板製品表面內應力的測定裝置，該裝置的實施方法，其特徵在於:該裝置的實施過程如下， 1)在相同工藝條件下，注塑若干聚碳酸酯薄板實驗樣品，此樣品厚2mm,寬89mm,高IOOmm ;然後取其中三塊實驗樣品放在烘箱中保溫退火2-3個小時； 2)用上述內應力測定裝置測量退火後樣本的超聲波波速V。； 3)用上述內應力測定裝置測量未退火實驗樣本的超聲波波速V;4)根據公式.^ = 其中，V-穿透聚合物薄板製品的超聲波實測的波速，m.S-1 ；V0-聚合物薄板製品無內應力狀態時超聲波的波速，m.s—1 ; σ -介質內應力，MPa ;Κ_聲彈性係數，m2.N—1求出δ大小；就可以表徵被測樣品 在某一位置處內應力的大小和表現形式。
【文檔編號】G01N29/07GK104007179SQ201410197210
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】許紅, 吳大鳴, 唐勝德, 劉穎, 張亞軍, 鄭秀婷, 莊儉, 趙中裡, 張巖, 黃堯 申請人:北京化工大學