撞击实验中瞬间力值检测方法

1、撞击实验中瞬间力值检测方法概述：撞击过程包含巨大能量交换,是一个毫秒到秒量级的短时程动态过程,本质上是一个复杂的冲击动力学问题。现有各种规范中的计算公式都是经验公式,都是基于刚体或弹性体整体碰撞的简单理论,用于解析动态力学过程是不合适的。该文通过冲击动力学理论,把力传感器和现代数字测量技术结合起来，采用高精度力传感器和现代的告诉采集系统，以及相关的专业软件实现对冲击力的整个过程的监测和测量。AbstractEnergy exchange process involves a huge impact, is an order of milliseconds to seconds short du

2、ration dynamic process, in essence, is a complex impact dynamics problems. Various existing formula in the specification are empirical formulas are based on rigid or elastic body as a whole is simple collision theory of dynamic mechanical processes for parsing is inappropriate. In this paper, throug

3、h the impact dynamics theory, the force sensor and modern digital measurement techniques combined with modern high-precision force sensor tells acquisition system, as well as related professional software to realize the impact of the whole process of monitoring and measurement.关键词：碰撞力、撞击力、碰撞试验、撞击实验、

4、自由落体KeywordsCollision Force, The Force Of Impact, Crash Test, Impact Test, Free Fall撞击力测试所面临的问题碰撞力是人们期待解决，而又至今尚未完全解决的问题，主要原因是在碰撞过程中相碰物体在碰撞力作用下的变化，既有形态方面的变化，又有运动状态方面的变化。在常规的分析过程中我们普遍应用能量守恒定律和动量定理这两大定律来对碰撞过程进行分析，但是在实际的分析过程中还是有较大弊端的。运用能量守恒定律分析，主要是先计算出两个物体碰撞之前各自所具有的动能，碰撞以后两个碰撞物还会具有一定的动能，但是一部分能量会在碰撞的过程中转

5、换为内能（例如撞击后撞击点的温度会发生变化），而且碰撞物体本身会具有一定的弹性，所以在碰撞的时候一部分动能会转换成撞击物形变所含有的弹性势能。在撞击、碰撞的过程中能量的转移是比较多的，包括动能、势能、内能等，而且这些数据都是比较难以测量的，因此仅仅从能量守恒定律方面来分析装机过程是比较困难的。动力学的普遍定理之一。内容为物体动量的增量等于它所受合外力的冲量即Ft=vm，或所有外力的冲量的矢量和。如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运

6、动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第二定律和动能定理推导出来。运用动量定理对撞击、碰撞过程进行分析是比较合理的。将撞击的两个物体看作为同一个系统，两个撞击物虽然发生碰撞现象但是整个系统所受外力冲量的矢量和是为零的。但是在实际的应用中运用动量定理有一定的难度，主要是因为在碰撞前的一瞬间的速度和碰撞后的速度难以测量，常见的方法是通过高速相机拍照通过v=s/t来算出速度。但是通过动量守恒定律只能计算出碰撞过程中每个碰撞物体所受的冲量和平均受力，计算不出碰撞过程中撞击力的变化过程，因此还是具有一定局限性的。实验装置模型1、系统组成名称功能用途1冲击力传感器将力值转换成电信号把力

7、值转换成便于测量和分析的电信号2信号调理器将传感器输出的微小电信号放大成标准的电压信号用于信号调理，使输出信号更加方便测量分析3信号采集器将模拟量信号转换成数字信号把力传感器采集来的力值从电信号转换为计算机可以处理的数据4力值分析软件数据采集和分析将力传感器的受理过程进行采集、监控、分析2、原理阐述1、撞击物碰撞到撞击板的时候测力传感器会受到冲击力，经相应的测量电路把力值转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。2、高精度集成运算放大器将测力传感器输出的电信号放大成为容易采集测量的标准模拟信号3、采集卡将电压输出变送器的电压信号采集过来并通过AD转换功能将电压转换至数字信

8、号，并通过USB2.0高速接口与电脑通讯，DAQ采集卡的采集频率最高可达100kHz（即每秒钟采集10万次），从而可以实现电脑采集碰撞瞬间的力值。4、软件根据所采集到的数据绘制时间-力值的曲线图，以便更直观观测数据的变化过程及规律。软件可以经过对采集到的数据分析可以实现以下功能：l 力值采集、记录l 上下限的判断l 峰谷值探测l 数据统计和分析l 自动生成报表测试过程1、 产品选择力传感器）力传感器选择的型号是“CL-FT01上下平面测力传感器”（如图1），这个型号的传感器安装方便、受力面积大，较为适合采集撞击力。（图1）信号调理器）信号调理器选择的型号是“AMP-5V”（图2）信号采集器）力值分析软件）上位机软件界面简洁，功能简单实用。 力值采集、记录；上下限的判断；峰谷值探测；数据统计和分析；自动生成报表；历史数据查询，Excel报表的生成等。软件可选择力值通道，其余通道可翻页显示，系统采样周期可调，采样通道数目软件可调电压信号输入范围软件可调能。测试结果本次测试是测试安全绳