基于SolidWorks的落镖冲击试验仪的设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 SolidWorks 的落镖冲击试验仪的设计 1 引言 落镖式冲击试验仪 符合 GB/T9639塑料薄膜和薄片抗冲击性能试验方法自由落镖法，同时满足 ISO7765塑料薄膜和薄片抗冲击性能的测定 -自由落镖法，及 ASTMD1709聚乙烯塑料抗自由落镖冲击的标准试验方法主要用于在给定高度的自由落镖冲击下，测定 50塑料薄膜，薄片材料试样破损时的能量值（以冲击破损质量 g表示）；适用于工矿企业、科研单位、质检部门及学校等行业。 落体式冲击试验台是进行冲击振动试验的 一种主要试验设备。它被广泛应用于航天、航海的试验领域 ,各种电子类产品的模拟公路运

2、输试验也缺不了落体式冲击试验台。检定冲击试验台的标准装置是振动动态信号分析仪套组（ PULSE 3560C） ,由标准振动测量仪（加速度传感器 +电荷放大器）、数据采集前端和函数分析软件组成 1。 冲击台是利用重物自由落体以激励起系统瞬态扰动加速度突然变化的一套装置。该装置可产生半正弦波、后峰锯齿波和梯形波等基本冲击波形。它通常由台体、控制系统、试验参数测量显示系统及缓冲器所组成 2。 2 落镖冲击试验仪的概述 2.1 基本结 构和技术要求 试验机主要由导柱、升降手柄、支架、吸镖电磁铁、镖体试样夹具，捕捉器、机机座试样夹具手柄及电控机构组成。落镖冲击试验仪技术参数： 1、镖头质量； 2、 镖头

3、半径； 3、试样夹具； 4、冲击高度； 5、冲击能量； 6、外形尺寸； 7、重量。 试验开始时，首先选择试验方法，估计一个初始质量和 m值，进行试验，如果第一个试样破损，用砝码 m减少落体质量；如果第一个不破，须用砝码 m增加落体质量依此进行试验。总之，利用砝码减少或增加落体质量，取决于前一个试样是否破损。 20 个试样试验后，计算破损总数 N，如果 N 等于 10，试验完成；如果 N 小于 10，补充试样后，继续试验直到 N 等于 10；如果 N 大于 10，补充试样后，继续试验直到不破损的总数等于 10 为止，最后由系统自动计算冲击结果。 V = 1V + 2V 式中， 1V 为冲击开始瞬

4、时的速度， 2V 为冲击结束瞬对的速度 . V 是工作台在冲 击持续时间内的速度变化。也是衡量被试验产品或设备遭受冲击程度的重要参数 3。 2.2 落镖冲击试验仪的操作步骤 系统上电 选择试验方法 估计初始冲量和 m 根据冲击结果增加或减少m 系统自动计算进度 自动判断是否满足结束条件 显示试验结果 打印试验报告 试验结束。 1、试样夹具：采用二个环形夹具，下夹具固定在水平面上，上夹具 (动夹具 )与下夹具须保持平行。 2、环形夹具与试样接触表面须附有橡胶垫圈。 3 电磁铁：须能吸住或放开质量为 2000 克的落体。 具体操作如下： 1.接通电源和气源。 2.夹好试样。 3.打开控制器左侧开关

5、，屏幕显示软件开发商名称，按面板右下角开关，进入实验界面： a、按 “方法 ”键，选定试验方法（ A或 B 法）。 b、按 “m”键，设定初始质量（根据材料，选定一个估计质量），被选定数字下面有 “_”横线闪烁，即可修改此数字，按 “” 或 “” 箭头，来设定数值大小，然后按数字键，即可设定初始质量。 C、按 “ m”键，设置 “变化质量 ”既增加或减少质量，按 “” 或 “” 箭头，再按数字键，就可以设定 “变化质量 ”。 d、 m 和 m设定好后，按下 “新实验 ”键，显示 “当前质量 ”，此时数值不可更改。 4.按照 试验方法，在相应镖头上加上砝码（ A 法： 50g+砝码 =初始质量，

6、 B： 150g+砝码 =初始质量）。 3 国内外落镖冲击试验仪概况 3.1 落镖冲击试验仪简介 落镖冲击试验仪适用于塑料薄膜或薄片在给定高度的自由落镖冲击下， 50%试样破损时冲击质量和能量的测 定 4。 落镖冲击试验仪符合 GB 9639、 ASTM D1709、 JIS K7124等标准。落镖冲击试验仪 FDI-01具有以下特点： 1.触摸屏操作，液晶现实， Windows可视化菜单式界面； 2.A、 B双试验模式； 3.试样气动夹紧、释放； 4.落镖电磁吸挂、自 动释放； 5.测试过程图形显示。落镖冲击试验仪测试原理：试验开始时，首先选择试验方法，估计一个初始质量和 m值，进行试验，如

7、果第一个试样破损，用砝码 m减少落体质量；如果第一个试样不破，须用砝码 m增加落体质量依此进行试验。总之，利用砝码减少或增加落体质量，取决于前一个试样是否破损。 20个试样试验后，计算破损总数 N，如果 N等于 10，试验完成；如果N小于 10，补充试样后，继续试验直到 N等于 10；如果 N大于 10，补充试样后，继续试验直到不破损的总数等于 10为止，最后由系统自动计算冲击结果。 3.2 我国 试验机标 准化的历史与现状 为了阐明试验机的标准化工作 ,首先重述一下国际标准化组织制定的 ISO/IEC指南 2(1996 年版 )和国家标准 GB/T 20000.122002 中给标准化下的定

8、义 “:为在一定范围内获得最佳秩序 ,对现实问题或潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动。 ”上述的活动主要包括编制、发布和实施标准的过程。标准化的主要作用在于为了其预期目的改进产品、过程或服务的适用性 ,防止贸易壁垒 ,并促进技术合作。我国试验机产品的标准化起始于早期的材料试验机产品的机械化、系列化生产。试验机产品的标准化领域是随着试验机产 品种类的不断扩大而扩大 ,并随着试验机产品的发展而发展的。追根溯源 ,试验机的标准化距今己有 45 年的历史了 ,最早面世的试验机标准是在 1961 年 ,由当时的第一机械工业部发布 ,并由当时的试验机行业技术归口所 长春材料试验机研究所提出并制定的

9、下述九项仪器仪表专业标准 5: 1)仪 (Y)62261 洛氏硬度试验机技术条件 ; 2)仪 (Y)63261 液压万能材料试验机技术条件 ; 3)仪 (Y)64261 液压式压力试验机技术条件 ; 4)仪 (Y)65261 机械式拉力试验机技术条件 ; 5)仪 (Y)66261 扭转试验机技术条件 ; 6)仪 (Y)67261 线材扭转试验机技术条件 ; 7)仪 (Y)68261 摆锤式冲击试验机技术条件 ; 8)仪 (Y)69261 悬臂梁弯曲疲劳试验机技术条件 ; 9)仪 (Y)70261 纯弯曲疲劳试验机技术条件。 这九项仪器仪表专业标准的发布填补了我国试验机专业无产品标准的空白 ,这

10、也是我国试验机行业标准化工作起始点的标志。在当时技术水平和生产条件下 ,试验机的标准化领域还只局限在金属材料试验机这一小类试验机产品的范围内。 3.3 我国 试验机所处状态 当今拉伸试验方法已经从机械化进人数字化，冲击试验在我国尚处于 20世纪60年代以前的落后状态。这种落后状态表现在如下几个方面： (1)试验机落后。无论是摆锤式弯冲试验机，还是落锤式冲击试验机，仍以从一定高度落下的锤头势能损失计量冲断试样消耗能量 冲击功； (2)90以上的冲击试验机以指针显示冲击功； (3)自动控制部分仍以电磁继电器控制方法为主，还没有进人数字控制，甚至有的试验机还使用手动； (4)最重要的是不能测定冲击力

11、 位移曲线，因此就不能给出定量的、具有物理意义的和反映材质弹性、塑性及断裂性能的冲击数据； (5)由于冲击功没有明确的物理意义，因此不能像拉伸试验数据那 样被设计、检验和分析材质作为可靠的依据，限制了其应用范围。 从 20世纪 90年代起，已经有了比较成熟和先进的仪器化 (数字化 )冲击试验机问世。这种试验机不仅可以进行力 位移曲线的测定，而且可以给出反映材料冲击性能的特征参数。于是使冲击试验全面地、彻底地向前推进了一大步，从原理到数字化都提高到可以与拉伸试验的同等水平。使冲击试验从一个原始落后的状态，跃进入了试验仪器和试验方法的先进行列。这种变化不仅仅反映在冲击试验机的飞速发展，而且从冲击试

12、验方法标准上得到肯定 6。 2000年国际标准化组织颁布了 ISO14556： 2000(E)“钢材 v型缺口冲击试验仪器化方法 ”标准。根据国家标准化管理委员会国标委计划 2002141号文的要求， 2003年由北京航空航天大学负责，钢铁研究总院及中国重工集团 725所参加共同制定我国 “金属材料冲击试验仪器化方法 ”国家标准 7。 4 试验结果的评定 4.1 力 位移曲线评定 由于冲击力作用在试样上与试样及铁砧相互作用的结果，在力 位移信号上叠加有振荡，见图 2 通过振荡曲线的拟合，再现屈服力等特征值 8。 按冲击曲线近似关系，通常把力 位移曲线分为六种类型 (见图 3) （ 1)A、 B

13、 型：在最大力前不存在屈服力，只产生不稳定裂纹扩展的为 A 型；有少量稳定扩展的为 B型。 (2)F 型：在最大力之前存在塑性变形，其后只产生稳定扩展的为 F 型。 (3)C、 D 和 E型：在最大力之前存在塑性变形，其后有裂纹稳定扩展和不稳定扩展。根据裂纹稳定扩展和不稳定扩展所占比例不同分为 C、 D 和 E型。 4.2 力特征值的确定 力特征值的确定如图 2 所示。 (1)屈服力 yF ：力 位移曲线上第二个峰急剧上升部分与拟合曲线的交点 所对应的力 (CF 型 )。 (2)最大力 mF ：穿过振荡曲线的拟合曲线上最大力值所对应的力。 (3)不稳定裂纹扩展起始力 iuF ：拟合曲线穿过与力

14、 位移曲线在最大力之后曲线急剧下降时振荡曲线的交点所对应的力。如果该点与最大力重合，则 miu FF (C 和 D 型 )。 (4)不稳定裂纹扩展终止力 aF ：力 位移曲线急剧下降部分与其后的力 位移拟合曲线的交点。如果 失稳裂纹没有止裂，则 0aF (C 型 )。 4.3 位移特征值的确定 根据力特征值所对应的横坐标确定位移特征值： yS 、 mS 、 iuS 、 aS 及 tS (当力 位移曲线与横坐标最终不相交时，用 F=0 02 mF 所对应的横坐标来计算 tS )。 5 基于 SolidWorks 软件的产品设计 5.1 SolidWorks 简介 功能强大、易学易用和技术创新是

15、SolidWorks 的三大特点，使 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。 SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。 SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 如果你熟悉微软的 Windows 系统，那你基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。 SolidWorks 独有的拖拽功能使你能在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks 资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 So

16、lidWorks ，你能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，设计过程最简便、最方便的莫过于 SolidWorks 了。就象美国著名咨询公司 Daratech 所评论的那样： “在基于Windows 平台的三维 CAD 软件中， SolidWorks 是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。 ” 在无与伦比的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows 风格的拖 /放、点 /击、剪切 /粘帖），使用 SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 强大的绘图自动

17、化强化性能使得设计师能够以前所未有的速度从大型装配件创造产品级的工程图。新的轻化制图工具使得用户无需加载每一个部件到内存就能创建装配图。只需拖拽并释放一个装配件到工程图中，用户就能够在 10 秒钟左右生成包括 10,000 个组件的装配件 2D 图。许多系统不能创 建这样一个大型装配视图。 SolidWorks 2005 还使得设计工程师第一次能够为零件种类多、数量庞大和配置复杂的多个项目生成一个单一的材料清单，这是加速设计到生产的一个关键环节。其他重要的新的制图自动化包括自动序号标注、孔汇总表和修订跟踪表。省时、提高生产力这样的特性使得产品看起来更好，性能更佳，在市场上也更受欢迎。没有任何其

18、他软件能够与 SolidWorks 的性能相媲美， SolidWorks 能够比与之竞争的 2D 产品快 10 倍地生成工程图注释 也是吸引 2D软件用户迁移到 3D软件的一个重要原因 9。 5.2 基于 SolidWorks 的优点 选用 SolidWorks作为系统开发平台 ,主要是基于 SolidWorks在以下几方面的突出优点 10: a)强大的参数化特征造型功能。 SolidWorks 的参数化和特征造型技术 ,能方便、快捷地创建几乎任何复杂形状的实体 ,可以满足绝大部分的工程设计的需要 ;SolidWorks 采用统一的内部数据库 ,全数据相关 ,任何一个功能模块中对零件的修改都会

19、自动反映到其他模块中 ; b)界面友好 ,操作简便。 SolidWorks 采用典型的 Windows 软件风格 ,在所有的国外三维 CAD 软件中 提供了最优秀的中文支持 ; c)拥有开放的体系结构。 SolidWorks 拥有丰富的第 三方支持软件 ,提供了开放的数据结构和方便的二次开发环境 ,为企业今后广的工程应用提供了良好的基础平台 ; d)优异的性能价格比。 SolidWorks 是一款中端 CAD 系统 ,企业使用 SolidWorks可以花较小的投入满足设计的要求 ,因此 SolidWorks 特别适合于中小企业的产品设计 11。 5.2 基于 SolidWorks 的设计方法

20、随着计算机应用软件和技术的不断发展 12。 目前 Solidworks 流行的设计方法主要有二种： 作为设计者可以自下而上设计一个装配体，或自上而下进行设计，或两种方法结合使用 13。在 Solidworks2008 出来以后更加倾向自上而下的设计方法。 1）自下而上设计方法 自下而上设计法是比较传统的方法。在自下而上设计中，先生成零件并将之插入 装配体，然后根据设计要求 配合 零件。当您使用以前生成的不在线的零件时，自下而上的设计方案是首选的方法。 自下而上设计法的另一个优点是因为零部件是独立设计的，与自上而下设计法相比，它们的相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上 设计法可以让您专注于单

21、个零件的设计工作。当您不需要建立控制零件大小和尺寸的参考关系时（相对于其它零件），则此方法较为适用 14。 2）自上而下设计方法 自上而下设计法 从装配体中开始 设计工作，这是两种设 计方法的不同之处。您可以使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或生成组装零件后才添加的加工特征。您可以将 布局草图 作为设计的开端，定义固定的零件位置、基准面等，然后参考这些定义来设计零件 15。 参考文献 1 董平 . 落体式冲击 试验台的不确定度分析与评定 J. 江苏省计量科学研究院报 , 2008（ 2） : 6569. 2 黄洪 , 杨建辉 , 顾国富 . 落体式冲击试脸台检定规程 M. 全国振动冲击

22、转速计量技术委员会出版社 , 2005. 3 甄洪声 , 王辉 . 薄膜冲击试验仪优化设计 M. 现代制造技术与装备 , 2009. 4 赵清望 . 冲击试验机的基本参数理论计算 M. 上海机械学院 , 1991. 5 王学智 , 李春明 . 我国试验机标准化工作的回顾与展望 M. 长春试验机研究所 , 2006. 6 唐振延 , 刘培英 , 张钰彦 . 冲击试验的新发展 M. 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 2003. 7 赵良才 . 计算机辅助工艺设计 M. 北京 : 机械工业出版社 , 1995. 8 魏峥 . 三维计算机辅助设计 SolidWorks实用教程 M. 北京 : 高等

23、教育出版社 , 2007. 9 王隆太 . 机械 CAD/CAM 技术（第 2 版） M. 北京 : 机械工业出版社 , 2005. 10 冯辛安 , 黄玉美 , 杜文君 . 机械制造装备设计 M.机械工业出版社 , 1999. 11 董西军 . 基于 SolidWorks 的参数化设计 M. 浙江 :浙江工业大学出版社 , 2007. 12 庄文许 . Solidworks 2009 经典学习手册 M. 北京 : 科学出版社 , 2009. 13 蓝汝铭 . Solidworks 2005 机械设计基础教程 M. 西安 : 西安电子科技大学出版社 , 2006. 14 J.I.VELASCO .Application of instrumented falling dart impact to the mechanical characterization of thermoplastic foams.1999. 15 U.S. Department of Defense High-Level Architecture Object Modet Template Specification， Version1.3.NeYork:The IEEE Inc.1998.