沖擊力、碰撞力測(cè)量方法

沖擊力傳感器量程的選擇：

在工程試驗(yàn)中，通常有擺錘式?jīng)_擊與落錘式?jīng)_擊兩種動(dòng)力輸出方式，兩種試驗(yàn)設(shè)備都是通過(guò)將重物提取一定高度釋放，獲取一定的沖擊初始速度與能量。

落錘沖擊設(shè)備

沖擊功與力的關(guān)系：

根據(jù)能量守恒定律，忽略損耗能量，既有沖擊功

K=1/2mv2,K=mgh,有mgh=1/2mv2

K為沖擊功，h為初始高度，v為沖擊速度

沖擊力與位移的關(guān)系：

假設(shè)沖擊位移為d，沖擊過(guò)程平均力為F,則有

K=F.d

在實(shí)際測(cè)量沖擊力測(cè)量過(guò)程中，d不是很容易確定，我們通過(guò)釋放4.5kg鋼球沖擊不同材料試驗(yàn)得到以下數(shù)據(jù)：

力-位移關(guān)系

 力-時(shí)間關(guān)系

在實(shí)際沖擊力測(cè)量選型時(shí)，可通過(guò)估算沖擊力脈寬時(shí)間、沖擊位移進(jìn)行傳感器量程估計(jì)，沖擊載荷與靜態(tài)載荷沒(méi)有必然聯(lián)系，一般也可按照靜態(tài)載荷的3-5倍來(lái)估算沖擊力傳感器的量程，實(shí)際工程試驗(yàn)中，沖擊力受沖擊速度、錘重與質(zhì)量分布、結(jié)構(gòu)剛度、沖擊頭形狀、沖擊材料影響。

沖擊力傳感器類(lèi)型選擇:

目前測(cè)量沖擊力有兩種傳感器，一種為小量程力傳感器、一種大量程沖擊力傳感器，兩種傳感器各有優(yōu)勢(shì)。小量程傳感器結(jié)構(gòu)剛度大、響應(yīng)快，可獲得更高的響應(yīng)頻率，但是傳感器量程一般較小，如需測(cè)量大的沖擊，需多個(gè)傳感器并用，成本高。并且這種力傳感器在實(shí)際測(cè)量時(shí)難以進(jìn)行靜載標(biāo)定。適用于小量程沖擊力測(cè)量。

r-iy型小量程沖擊力傳感器

大量程沖擊力傳感器量程大，并且在大量程沖擊力測(cè)量時(shí)，其優(yōu)勢(shì)明顯，可測(cè)量100kN-100000kN沖擊力，并且量程越大其相應(yīng)頻率越高，可滿(mǎn)足大量程沖擊力測(cè)量的需要，但其在小量程下，傳感器結(jié)構(gòu)剛度低、固有頻率小，不適合用于小量程沖擊力測(cè)量。

r-ip型大量程沖擊力傳感器

沖擊力傳感器在選擇與使用時(shí)，安裝方式、傳感器結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)影響較大，壓電傳感器不合理的安裝結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生力的分流與偏心，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，應(yīng)變式傳感器有多種結(jié)構(gòu)，但是適用于沖擊力測(cè)量的傳感器較少，主要是傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成，我們?cè)趯?shí)際解決客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)沖擊力過(guò)程中，多次發(fā)現(xiàn)客戶(hù)采用靜態(tài)力傳感器測(cè)量沖擊力的情況，選用時(shí)請(qǐng)謹(jǐn)慎。

沖擊力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選擇：

沖擊力傳感器需與相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方可實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)于分析，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳感器接口需類(lèi)型、量程匹配才可進(jìn)行測(cè)量。一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率在100kHz-4M之間，對(duì)于不同的試驗(yàn)往往需要不同的采樣率。如沖擊柔性材料，較低的采樣率即可，而沖擊剛性材料或觀察裂紋擴(kuò)展時(shí)間等，則需要1MHz以上的采樣率。

高速數(shù)據(jù)采集卡

測(cè)量軟件