基于压痕的软材料弹性参数测量系统设计

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随着社会的发展,人们对材料特性及参数研究的不断深入,材料的弹性参数与材料所处的状态、材料的性能和寿命有着不可分割的关系,并且能够通过弹性参数来进行相应的预测。软材料弹性参数测量系统可测量接触力、弹性模量等弹性参数。软材料弹性参数测量系统在探伤领域的应用范围十分广泛,如在生物医疗中可帮助医生获得准确的人体组织的弹性参数,从而判断组织是否发生病变;在橡胶制造业中可辨别生产出的产品是否合格。本课题基于压痕法提出一种新型软材料弹性参数测量系统,增加了所能测量的弹性参数的种类,提高了测量的精确度和稳定性。根据生产成本和适用范围,本课题设计了两种操作方式的软材料弹性参数测量系统,分别是基于自动式力加载装置的测量系统和基于手动式力加载装置的测量系统。本文对这两种不同力加载方式的测量系统的结构和数据采集部分进行了详细的介绍,并对其工作原理进行了阐述。基于自动式力加载装置的测量系统的数据采集部分通过虚拟仪器Lab VIEW实现了对传感器信号的精确采集、处理和实时显示;基于手动式力加载装置的测量系统的数据采集部分是以STM32f103c8t6处理芯片为核心,通过AD620为放大芯片将传感器信号放大248倍,最后在LCD显示屏上显示。最后本文通过Solidworks软件进行三维模型的建立,应用3D打印技术进行样机的制作,对不同的软材料进行弹性模量的测量,对比测量值和真实值的误差,最终得出测量系统的误差在15%以内符合工程应用的要求,并分析了误差产生的原因,为以后进一步的改进整套测量系统打下基础。本课题基于压痕法设计的这两种力加载方式的软材料参数测量系统,除了体积小、操作简便、应用范围广和测量精度高这个几个共同的优点,基于自动式力加载装置的系统还具有可扩展性强的优点,基于手动式力加载装置的系统集成度高,针对性强的优点。
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