吸附常数测定

2024-08-26

吸附常数测定（共4篇）

吸附常数测定篇1

摘要：目前煤样吸附常数测定装置多为人工取值分析,自动化程度低,为了提高工作效率以及测量的精准性和可靠性,提出了一种新思路,即利用在线监测软件通过全自动数据采集仪和现代化通信方法,实现试验过程自动监测、试验数据自动存储、试验结果智能分析、曲线报表自动生成、吸附常数测定在线监测及全过程管理。介绍了装置构成、在线监测软件的使用意义、功能模块设计思路、软件流程及与硬件接口方式。目前,所研制的在线监测系统已投入现场使用,实践表明,与人工操作相比,该瓦斯吸附常数的测定方法更为简便,结果更加精准。

关键词：监测软件,吸附常数测定,断电续测

煤层瓦斯含量是矿井瓦斯治理和开发利用的基本参数之一,其数值的正确性对于正确设计、管理矿井通风、进行瓦斯抽放以及煤层瓦斯综合利用都具有重大意义。煤中的瓦斯以游离、吸附和吸收瓦斯3种状态存在。游离瓦斯测定困难,吸收瓦斯量很少,一般不予测定。吸附瓦斯是根据Langmuir方程,通过测定煤样在不同瓦斯压力下吸附的瓦斯量,用最小二乘法推导瓦斯吸附常数。一般由试验测得的瓦斯吸附常数结合孔隙率以及工业分析结果,最后确定煤层瓦斯含量[1]。目前瓦斯吸附常数测定装置多采用人工方式进行取数和分析,试验步骤繁杂,自动化程度低,人工读数和分析存在精度低、容易引入人为误差等缺点[2]。重庆煤科院结合自身优势,借鉴欧美等国的经验,以国外进口的吸附常数测定装置为基础进行改良升级,用饱和食盐水代替汞,消除了汞危害,对结构进行改进,使设备更加坚固美观。

考虑到试验过程复杂且持续时间长,为降低试验人员的操作难度以及克服人工观测造成的误差,采用在线监测软件,通过数据采集仪,实现吸附压力自动读值、吸附平衡智能判定、试验数据自动存储、吸附量自动解算、实验过程全记录、试验结果智能输出。软件设计了在线监测、故障自诊断自恢复、断电续测以及丰富的管理功能(如权限管理、设备管理、试样原始数据管理),与人工操作相比,整个试验过程更智能化、规范化、人性化,测得的吸附常数也更精准可靠。

1装置简介

传统的瓦斯吸附常数测定装置由称量系统、真空烘干系统、脱气系统、充气系统、吸附系统5部分组成。原有吸附系统试验过程均为人工记录、试验结束人工分析、手动出具试验报表,存在步骤繁琐、自动化程度低、容易引入人为读数和计算误差等缺点。为实现瓦斯吸附常数实验数据的自动精确测定,在原有装备的基础上改进了吸附系统,提供了在线监测和自动分析功能,提高了整个装置的自动化程度和测量精度。改进后的装置结构如图1所示。

改进后的吸附系统引入自动监控技术,配接压力传感器、数据采集仪实现实验过程中瓦斯解吸参数的自动采集和数据预处理功能,同时数据采集仪将采集到的数据实时传递给远程在线监测软件,由监测软件对解吸过程进行实时监测,并根据平衡判识模式智能判定瓦斯解吸平衡。通过测得煤样在不同瓦斯压力下吸附的瓦斯量,用最小二乘法推导出瓦斯吸附常数a、b值、相关系数R值,并绘制吸附等温曲线。瓦斯吸附常数a、b值结合瓦斯压力、工业分析和煤的真、视密度等数据,通过数据拟合计算,可以计算出瓦斯含量。相关系数R值用于判定试验的准确度,当R值小于0.999时应视为实验有误,软件将提示试验失败。

2在线监测软件的设计

在线监测软件的主要功能模块软件主要包含:基础信息管理,通信模块,过程监控模块,试验分析模块,历史查询模块,报表设计及输出模块,故障自诊断自恢复模块以及断电续测模块。其中,基础信息、过程监控、试验分析3个模块是整个软件设计的核心(图2)。

2.1基本信息管理模块

基本信息管理模块主要完成试样基本信息的添加、删除和修改以及实时反映试样的试验状态。在进行吸附常数测定试验前,需对试样进行编号并录入试样相关信息及试验环境的温度、大气压力等原始数据作为测定修正数值输入计算机。录入信息的准确性和完整性将直接影响数据处理结果的准确性。设计信息录入界面必须充分考虑到易操作、易维护、可修改。试样基本信息管理模块操作流程如图3所示。

2.2低压吸附过程管理

低压吸附管理设计流程如图4所示。

2.3高压解吸监测模块

在高压状态下煤样的解吸与吸附是完全可逆的2个过程,在应用上也完全等效。吸附过程是在抽成真空的情况下,通过向系统中充入瓦斯,逐渐提高煤样的吸附瓦斯压力;而解吸过程正好相反,它是从高压向低压进行试验测定。为提高试验的可操作性,在高压吸附部分使用高压解吸试验代替吸附试验。

由数据采集仪配合软件一起实现对高压吸附试验部分的瓦斯解吸平衡监测。软件实时读取来自数据采集仪的压力,绘制解吸压力曲线,调用智能解吸平衡分析模型判识解吸平衡。软件提供多达4组煤样的同步解吸监测,提高了试验人员工作效率。

2.4断电续测模块设计

煤样的高压解吸试验持续时间较长,在监测过程中如果偶遇停电或者使用者误操作使监测设备断电,可能会导致整个试验重做,既浪费人力又浪费物力。而过程恢复功能设计的目的就是为了消除监测短时中断对整个试验过程的影响。设计思想为软件监测过程全记录,当监测软件断电后重启时,首先读取是否存在监测中断记录并提示用户是否需要进行断电续测。

2.5试验结果自动输出模块设计

本功能在高压解吸试验完成后执行,软件自动分析录入信息完整性、试验过程正确性,根据各平衡点压力和瓦斯吸附量计算吸附压力差、吸附单次量、累计量,结合原始信息自动解算吸附常数a、b以及相关系数R,根据解吸量和解吸压力自动绘制吸附等温曲线,输出相关试验报告。

2.6查询模块设计

在线监测软件实时将原始数据、分析过程、分析结果等信息存入数据库,以供历史查询和报表输出。查询模块的设计以试样编号为查询条件进行全信息查询。查询模块设计时,主要考虑了查询语句的优化,以提高查询效率。

2.7通信模块设计

通信模块的主要任务就是完成在线监测软件与数据采集仪之间的数据交换,起着关键性作用,是整个软件的基础,为整个软件提供分析数据。根据系统的结构特点和使用环境,选用了RS232串口通信作为系统的通信方式。设计思路为:采用半双工通信,通信波特率2 400 B/s,通信协议采用当前流行的MODBUS通信协议,并采用CRC对收发的每帧数据进行传输校验,以保证可靠传输。事实证明通信可靠,通信模块设计合理,该模块设计流程如图5所示。

3结语

吸附常数测定装置在线监测软件实现了试验全过程自动采集、分析、显示(图形和数据)、数据处理、曲线拟合、报表输出等功能,大大提高整个试验的自动化程度。目前改进后的装置已在现场投入使用,实践表明,软件运行稳定,操作简便,分析结果精准,很好地解决了传统装置人工读数、人工记录、人工计算的繁琐,有效避免了由人为不确定因素引入的误差,能够为矿井瓦斯综合治理、煤层气开发提供可靠的试验数据,满足煤矿以及高校和研究单位等试验室对吸附常数的测定要求。

参考文献

[1]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社,2000.

[2]刘胜.煤样瓦斯吸附常数测定设备用数据采集仪的研制[J].矿业安全与环保,2008,35(6):17-18.

吸附常数测定篇2

国内测量煤的瓦斯吸附常数实验装置应用较多的是早年从国外引进的容量法吸附装置, 其存在结构不稳定、设备老化、易碎、自动化程度低、汞害严重等缺点。人工读数、人工记录和计算, 也存在较大误差, 同时步骤繁杂。煤炭科学研究总院重庆研究院在原设备基础上经研究改进, 利用饱和食盐水替代汞, 去除汞害威胁, 研制出新型煤的瓦斯吸附常数测定设备装置, 并为实现瓦斯吸附常数实验数据的自动精确测定, 开发了专用的数据采集仪。该数据采集仪通过配接现代新型电子压力传感器, 实现了实验过程中瓦斯解吸数据的自动采集、数据预处理等功能。同时数据采集仪、传感器和配合研制的计算机综合分析软件, 构成了整套实验测定设备的数据采集部分, 实现了实验数据的自动测试, 数据处理、分析、打印、结果输出等功能。告别了实验人员手工操作实验测试和计算的过程, 提高了实验设备的自动化程度和准确性, 降低了使用人员操作难度。

1 数据采集仪主要技术指标

电源:输入电压220 V AC;

测量范围:0~8 MPa;

测量精度:0.5级;

存储容量:256 kB;

工作电流:<200 mA;

通信方式:RS232串行;

路数:4路。

2 主要性能指标

1) 测量功能:

数据采集分析仪器, 通过相关连接气路, 实现对每组相对压力传感器信号的采集, 并传输给台式计算机主控软件, 由专家系统软件对采集数据进行分析、存储、计算和显示;

2) 采集仪显示:

汉字液晶显示;

3) 键盘:

触摸式按键;

4) 串行接口:

外扩展与IBMPC兼容串行接口;

5) 数据处理精度:

采集仪数据处理精度小于等于1%。

3 硬件设计[1,3]

根据设计要求, 数据采集仪作为实现煤的瓦斯吸附常数实验测定过程中数据采集的重要设备, 与配套工作的主控计算机专家系统软件和传感器共同组成了煤的瓦斯吸附常数测定设备装置的数据采集部分, 如图1所示。

数据采集仪作为数据采集部分的核心, 通过程序控制传感器对煤样解吸压力变化过程进行实时采集, 将A/D转换、滤波及分析处理后的数字信号传送给主控计算机, 主控计算机通过内嵌专家系统软件再对采集的数据进行分析、处理, 得出煤的瓦斯吸附常数等实验室输出结果值。同时可对采集的实时和历史数据进行存储、显示, 并可通过打印输出设备输出。

数据采集仪由89系列单片机作为控制CPU, 主要由CPU、A/D转换电路、滤波电路、存储设备、液晶显示器、通讯电路、电源等部分组成。液晶显示器采用内置HD61202U控制芯片的128×64的液晶模块, 该显示模块采用与CPU的并行接口连接的间接控制方式。计算机通过对这些接口的操作, 达到对液晶显示模块的控制。这种方式的特点是电路简单, 控制时序由软件实现, 可以实现高速计算机与液晶显示模块的接口。

汉字显示提示可以使数据采集仪操作直观方便。汉字显示选用16×16点阵字体, 每个汉字字模数据为32个字节, 点阵位置为每行2个字节, 单个字节每位代表1个点, 共16行。但由于HD61202U显示存储器的特性不同于计算机内的汉字点阵直接显示, 需要将其点阵数据旋转90°后再写入, 因此其生成字库的格式是前16个字节为上半部16×8点阵字模数据, 后16个字节为下半部16×8点阵字模数据。根据字模数据, 通过单片机CPU依次向液晶128×64阵列的相应点区 (16×16) 写入一个汉字的32字节数据, 即显示相应的汉字。

滤波电路将传感器输入的模拟信号滤波处理后送A/D转换电路, 经CPU控制采集, 计算存储, 然后瓦斯解吸实时数据通过通讯电路传送到主控计算机, 由专家系统解算出煤的瓦斯吸附常数等实验数据值。

数据采集仪电原理框图见图2。

4 软件设计[2]

4.1 数据采集仪软件

数据采集仪主要功能是实现煤样瓦斯解吸压力数据的采集、预处理、显示、传送, 传感器信号的连接通过硬件滤波电路实现。传感器信号的采集通过采集仪CPU程序控制实现, 其中涉及液晶显示模块液晶点阵汉字的显示, 由采集仪主程序通过调用汉字显示子程序实现。采集仪程序用C语言编程。数据采集仪主程序和汉字显示子程序流程见图3—4。

4.2 计算机专家系统软件

为配合数据采集仪的自动运行和实验过程实时监测, 配套研制了主控计算机软件, 该软件主要由数据处理专家系统软件、显示、输出、控制等部分组成, 基于Windows XP操作系统, 由VB程序开发平台编程实现, 软件具有功能:使用人员和报表管理, 吸附罐信息管理, 传感器数据监测, 吸附平衡报警提示, 监测结果记录, 试验结果输出, 吸附等温曲线绘制, 过程恢复, 历史数据查询, 报表设计输出等。主控程序流程见图5。

5 结语

煤样瓦斯吸附常数测定设备用数据采集仪经研究、试验, 作为煤的瓦斯吸附常数测定设备数据采集部分的重要部件, 对实现实验数据的自动、精确采集计算等功能的实现起到重要作用, 通过性能考察, 证明其硬件、软件设计合理、工作可靠、性能稳定。各

项性能指标均达到设计指标及产品技术条件的要求, 同时其操作简单, 便于学习和使用。新式电子压力传感器和相关计算机设备的配合应用, 改变了传统指针式压力设备人工读数、手工计算等落后的实验方式。专家系统软件的应用提高了实验数据分析的准确性。采集设备人性化的汉字界面显示也使仪器的档次得以提升, 智能化程度更高。设备的研制和推广应用对测定煤的瓦斯含量等煤矿基础资料将起到重要作用。

参考文献

[1]余永权.ATMEL89系列Flash单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2000.

[2]秦石乔, 王省书, 黄勇.微机接口技术及应用[M].长沙:国防科技大学出版社, 2000.

吸附常数测定篇3

1 2种方法分析比较

1.1 p H计法

p H计法是一种传统的测定方法,通过直接测定溶液的p H,也即测出了[H+](H+的物质的量浓度),借助于[H+]将p H与α/Ka联系起来,过程相对较简单。

醋酸是一种弱电解质,在水溶液中存在如下解离平衡:

依据醋酸解离度(α)和解离平衡常数(Ka)定义,

其中,[H+]为醋酸解离平衡时溶液中H+的物质的量浓度,c为醋酸溶液的原物质的量浓度。由于c已知,要测定α和Ka,只要测定[H+]即可。然而从试验结果来看,不同浓度醋酸溶液Ka平行性相对较差,α/Ka测定值相对误差较大,精确性不够。

1.2电导率法

电导率法是弱电解质解离度和解离平衡常数测定的经典方法。相比p H计法,电导率法测定醋酸解离度和解离平衡常数平行性好,α/Ka测定值相对误差小。L0—Λ/Λ0—α/Ka,L0和α/Ka联系的核心是α=Λ/Λ0,借助摩尔电导Λ才能将L0和α/Ka串联起来,然而α/Ka定义式形式上难以和L0联系。电导率法具有试验过程简单、试验结果准确等特点[2],所以,从试验结果准确性方面考虑,电导率法与p H计法相比前者较优。

2电导率法的难点

电导率法的难点部分主要在其原理和试验数据处理部分。一是电导率法将弱电解质相关理论知识与电导率相结合,不易理解。试验理论知识涵盖多个概念,如电导率、摩尔电导率、离子迁移速率、极限摩尔电导率等,概念之间的逻辑性强,尤其是L0和α/Ka联系的核心解离度α=Λ/Λ0,理解难度大。二是该方法在数据处理时相对较复杂,不同浓度醋酸α/Ka计算时存在重复计算。

3电导率法难点解析

3.1α=Λ/Λ0的解析

对电解质溶液而言,由定义可知,电导L用来表征电解质溶液的导电能力,而电导率L0是截面积A为1 m2 和长度l为1 m时电解质溶液的电导,若测定过程中所用电导电极一定,那么其电导池常数l/A即为常数,L0和L即为正比关系(L0∝L)。由于摩尔电导Λ为l为1 m,电解质溶液的溶质的物质的量为1 mol时的电导,所以Λ=10-3L0/c,也即cΛ和L0成正比关系(cΛ∝L0∝L)。对于醋酸溶液而言,平衡时总离子浓度为2cα,其导电能力和体系中总的离子浓度成正比 (L∝cα)。综上所述,醋酸溶液达到解离平衡时cΛ和cα成正比,也即Λ和α成正比(Λ∝α)。极限摩尔电导Λ0为电解质溶液在无限稀释时的摩尔电导,对于无限稀释时的醋酸溶液,其α等于1,因此可以推出α=Λ/Λ0。

3.2数据处理的解析

该试验采用5个不同浓度的醋酸溶液为分析对象,利用电导率法测定其α/Ka。试验原始记录如表1所示。

利用origin软件调用函数批量处理数据,结果显示见表2。

计算C [X3] 时调用函数Col(C)=10^-3*col(B)/col(A),即可求出各浓度醋酸溶液的摩尔电导率 ( 依据Λ=10-3L0/c);求算D[X4]时调用函数Col(D)=col(C)/0.037 8,即得对应浓度下解离度α(依据α=Λ/Λ0、试验温度t=23℃时醋酸极限摩尔电导Λ0=0.037 8 s·m2·mol-1);求算E[X5]时调用函数Col(E)=col(A)*col(D)^2/(1-col(D),即得对应解离平衡常数Ka [ 依据Ka=cα2/(1-α)]。利用该方法处理这类重复计算时方便有效。

注:室温:23℃;电导池常数:0.951 m-1;醋酸Λ0:0.037 8 s·m2·mol-1。

注:A[X1]:C;B[X2]:L0;C[X3]:Λ;D[X4]:α; E[X5]:Ka。

摘要：醋酸解离平衡常数测定方法通常有p H计法和电导率法,该研究首先对这2种方法进行了分析比较。通过对比发现,电导率法测定结果准确性较好,但存在2个难点,即难以理解和数据处理复杂,针对难点问题特进行了详细解析。

吸附常数测定篇4

关键词：数字散斑相关法,气囊材料,弹性常数,主模量

1 概述

飞艇气囊材料弹性常数的正确测定是提高飞艇柔性结构有限元分析正确性的关键。一般地, 飞艇气囊材料被视为平面正交各向异性材料, 属于柔性薄膜材料, 只承受面内拉伸, 而不能承受压缩与弯扭, 采用传统的应变片测量通常有很多的局限性, 例如, 容易损伤试件、定位困难、测量精度低下等。因此, 有必要探寻非接触式的测量方法。

数字散斑相关法是一种典型的光学应变测量法, 其最大的优点在于能够获得变形过程选定区域的整体应变场, 这也便于研究处于复杂载荷工况下材料的力学特性。这种方法具有精度高、速度快、易于操作、非接触式和三维全场测量的特点, 正逐步受到国内外学者的广泛关注。

为了准确得到各向异性材料的弹性常数, 有必要开展数字散斑相关法测定飞艇气囊材料的弹性常数的试验技术探讨。

2 数字散斑应变测量原理

数字散斑相关法是通过图像匹配的方法分析试样表面变形前后的散斑图像, 来跟踪试样表面上几何点的运动以得到位移场, 并在此基础上计算得到应变场。与传统的散斑干涉测量相比, 数字散斑可以使用白光照射, 直接从物体表面随机分布的人工或自然散斑场中获取变形信息。

由于散斑分布的随机性, 散斑图上每一点周围的一个小区域中散斑分布与其它点是不一样的, 称这样的小区域为子集。散斑场上以某一点为中心的子集可作为该点位移的信息载体, 通过分析和搜集该子集的位移变化, 便可以获得该点的变形信息。

假设物体变形前后的两个散斑场的光强分别为f (x, y) 和g (x, y) , 以场中所要计算的点O为中心取子集N, 设其大小为n×n个像素, 则子集N就记录了点O周围随机分布的斑点光强信息, 定义为二维样本空间。产生位移后, 子集N变变为为NNÁÁ, , 构构成成另另一一个个样样本本空空间间, , 如如图图11所所示示。。根根据据统计学原理可知, 当两两样样本本完完全全相相关关时时, , 相相关关系系数数为为11, , 若若有有变变形形, , 相相关关系数会下降。因此, 物物体体的的位位移移量量可可以以通通过过找找出出最最大大相相关关系系数数的的点点位位置置来确定, 在图1中, OOÁÁ标标示示OO变变形形后后的的位位置置, , 两两点点之之间间的的坐坐标标差差即即为为点OO的位移。求解变形问题转化为求相关系数极值的坐标问题。

由统计学可知, 相关系数的一种表示方式为:

式中: 分别为子区中心点O的位移和倒数。

上述匹配搜索算法可以达到整像素级的精度, 但这样的精度对于常规的力学试验远远不够, 为了获得更高的测量精度, 在完成整像素级的匹配后, 还要进行亚像素插值, 以获得亚像素级的匹配点位置。对于质量较好的散图, DSCM的位移测量精度可达到0.01像素。

3 飞艇气囊材料弹性常数测试原理

3.1 飞艇气囊材料的弹性本构关系。

艇气囊材料 (涤纶平纹基布涂层材料) 被视为平面正交各向异性材料。气囊材料在经向、纬向的力学性能是不同的, 其弹性常数随着材料主轴方向不同而变化, 并且分别沿经向、纬向对称。根据胡克定律, 平面应力状态下正交各向异性材料的弹性本构关系有如下形式:

其中:

分别为经向弹性模量、应力和应变;

分别为纬向弹性模量、应力和应变;

分别为剪切模量、剪应力和剪应变;

由上式可导出下面关系:

3.2 经向、纬向弹性模量测试原理。

当为经向单轴拉伸试验时, 有 (为试验件载荷, b为试验件宽度, t为试验件厚度) , 则有:,

当为纬向单轴拉伸试验时, 有为试验件载荷, b为试验件宽度, t为试验件厚度) 则有:

3.3 泊松比测试原理。当为双向拉伸试验时, 测出经、纬向变形, 获得在双轴拉伸下经向和纬向应变, 代入公式 (3) (4) 可推导出Vwf和Vfw:

(7)

(8)

3.4 剪切弹性模量测试原理。

剪切弹性模量的测定较为困难, 剪切模量的测量装置如图2所示, AB和CD为夹具, 且平行于经向, AB固定, CD自由。CD受到竖直向下的载荷W (单位夹具长度上的力) 。施加一个平行于CD的力F (单位夹具长度上的力) , 剪力R (单位长度上的力) 满足以下公式:

由上述试验及推导就可得出材料经向、纬向弹性模量、泊松比及剪切弹性模量, 从而得出气囊材料弹性矩阵。

4 弹性常数测试

下面仅以气囊材料经向拉伸模量的测定来说明数字散斑相关法在气囊材料弹性常数测试中的应用。

4.1 试验件制作。

试样取自飞艇气囊材料, 长500mm, 宽100mm, 试验区长度为400mm, 长边方向为经向。试验件示意图见图3。

4.2 试验设备。

本次试验加载设备采用日本岛津10吨电子万能试验机, 见图4;测量设备采用美国Correlated Solutions, Inc.公司的Vic-3D非接触式三维全场应变及变形量测仪, 见图5, 该设备由硬件和软件两部分组成, 硬件部分由CCD相机、图像采集卡、控制计算机组成, 负责试件变形图像的采集、保存工作, 软件部分则是对采集到的散斑图像进行处理、获得所需的变形信息, 其位移量测精度小于1μm。

4.3 试验程序。试验程序如下:

4.3.1在被测物体表面随机制造黑白斑点图, 该斑点图可以采用在白基色上轻喷洒的大小不均的黑点形成。4.3.2用校准板来标定相机的全部内在参数 (焦距、焦点、经向和横向畸变) 和外部参数 (相机位置、物体坐标系等) , 多次记录校准板在不同方位的观测图像即可完成校准。4.3.3通过试验机给试验件加载, 用两只CCD相机观测试验件表面并以0.5秒/张的速度拍摄图像, 当载荷达到6000N时, 停止拍摄。4.3.4通过图形相关算法, 对每个相机记录的图像的对点予以识别, 重构物体表面的三维图像。4.3.5通过连续记录试验件受载荷作用时发生变形的图像, 就可以自动测量试验件每个表面点的位移及表面的位移场, 再计算得到表面的应变场。

图形相关算法流程如图6。

4.4 试验结果。

本次试验的试验件及试验结果如图7。

由图7可以看出, VIC-3D测量的最大应变为15400με, 截图分析的平均应变为14800με。

4.5 试验分析

4.5.1 结果对比。

试验机两钳口之间试验件的有效长度为400mm, 拉伸至6000N, 试样伸长量为5.988mm, 则由 (3) 可计算得到平均应变为14970με。从应变云图上可以看出VIC-3D测量的平均应变为14800με。与试验机测量结果相差1.1%。本次试验的试样宽度为100mm, 厚度为0.22mm, 代入公式 (5) 即可求出飞艇气囊材料的经向拉伸模量为18.4GPa。4.5.2精度分析。数字散斑相关法的位移测量精度可达到0.01像素, 本次测量采用的CCD相机为200万像素。

若拍摄面积为100mm×100mm, 则测量精度为:

即, 最小可测量面积为0.005mm2。

反之, 若要求测试精度为0.01 mm2, 即, 经、纬向测量精度为0.1mm时, 则, 最大可观测面积 (试件面积) 为:

由此可见, 数字散斑相关法的位移测量精度很高。若更换更高分辨率的相机, 其测量精度还会提高和增大可观测面积 (试件面积) 。

4.5.3 推广应用。

参照第三节介绍的方法便可得到飞艇气囊材料的其他弹性常数, 组成公式 (2) 所给的弹性矩阵供有限元分析使用。

5 结论

通过数字散斑相关法在测定飞艇气囊材料弹性常数的运用, 得到如下结论:

5.1数字散斑相关法可以实现飞艇气囊材料弹性常数的非接触式测试, 解决了传统应变片不能测量大应变、引伸计在气囊材料上安装困难等技术难题。

5.2数字散斑相关法的高精度可实现小载荷、小应变下的飞艇气囊材料弹性常数的正确测量。

5.3数字散斑相关法通过应用统计学原理的最大相关系数来确定点的位置与变化, 并对位移场进行数字截图分析, 可获得更为准确的应变与变形平均值, 解决了传统的单点或多点测试变形的不便与数据分散性大等问题。

参考文献