碰撞力测量方法

冲击、碰撞、跌落冲击力测量方法

上海冉赛检测技术有限公司

编制：马忠新

日期：20171129

冲击力传感器量程的选择：

在工程试验中，通常有摆锤式冲击与落锤式冲击两种动力输出方式，两种试验设备都是通过将重物提取一定高度释放，获取一定的冲击初始速度与能量。

摆锤与落锤冲击设备

冲击功与力的关系：

根据能量守恒定律，忽略损耗能量，既有冲击功

K=1/2mv2,K=mgh,有mgh=1/2mv2

K为冲击功，h为初始高度，v为冲击速度

冲击力与位移的关系：

假设冲击位移为d，冲击过程平均力为F,则有

K=F.d

在实际测量冲击力测量过程中，d不是很容易确定，我们通过释放4.5kg钢球冲击不同材料试验得到以下数据：

力-位移关系

力-时间关系

在实际冲击力测量选型时，可通过估算冲击力脉宽时间、冲击位移进行传感器量程估计，冲击载荷与静态载荷没有必然联系，一般也可按照静态载荷的3-5倍来估算冲击力传感器的量程，实际工程试验中，冲击力受冲击速度、锤重与质量分布、结构刚度、冲击头形状、冲击材料影响。

冲击力传感器类型选择:

目前测量冲击力有两种传感器，一种为压电式力传感器、一种为应变式冲击力传感器，两种传感器各有优势。压电力传感器结构刚度大、响应快，可获得更高的响应频率，但是压电传感器量程一般较小，如需测量大的冲击，需多个传感器并用，成本高。并且压电式力传感器在实际测量时难以进行静载标定。适用于小量程冲击力测量。

压电式冲击力传感器

应变式冲击力传感器量程大，并且在大量程冲击力测量时，其优势明显，可测量100kN-100000kN 冲击力，并且量程越大其相应频率越高，可满足大量程冲击力测量的需要，但其在小量程下，传感器结构刚度低、固有频率小，不适合用于小量程冲击力测量。

应变式冲击力传感器

冲击力传感器在选择与使用时，安装方式、传感器结构对测量数据影响较大，压电传感器不合理的

安装结构会产生力的分流与偏心，导致测量数据不准确，应变式传感器有多种结构，但是适用于冲击力测量的传感器较少，主要是传感器结构设计造成，我们在实际解决客户现场冲击力过程中，多次发现客户采用静态力传感器测量冲击力的情况，选用时请谨慎。

冲击力数据采集系统选择：

冲击力传感器需与相应的数据采集系统连接方可实现测试数据的显示、存储于分析，数据采集系统与传感器接口需类型、量程匹配才可进行测量。一般数据采集系统的采样速率在100kHz-4M之间，对于不同的试验往往需要不同的采样率。如冲击柔性材料，较低的采样率即可，而冲击刚性材料或观察裂纹扩展时间等，则需要1MHz以上的采样率。

高速数据采集卡

测量软件

冉赛检测专业于冲击力测量系统、测试设备、数据分析的研究，积累了丰富的冲击力测量方法、结构设计的经验，有自主知识产权的高速数据采集卡、冲击力传感器、软件设计能力，将理论方法与工程设计相结合，为客户提供完整的产品冲击力测量解决方案。