1.一种研究冲击载荷下结构动态响应的实验系统,包括落锤冲击实验台、力信号采集模块和图像采集模块,其特征在于:所述落锤冲击实验台包括落锤、支撑台和夹具,所述支撑台支撑落锤、固定夹具,所述夹具夹持试样;
所述力信号采集模块包括应变片、桥盒、应变仪、力传感器、电荷放大器、示波器,所述应变片和桥盒电连接,桥盒和应变仪电连接,所述应变仪和示波器电连接;所述应变片粘贴在试样表面,当试样受力发生应变变化时,应变片发生形变从而使阻值发生变化,该变化经桥盒传递给应变仪,应变仪将电阻的变化转换为电压信号,并对该信号进行放大、低通滤波处理后传递给示波器,示波器将电信号转换为可视曲线,并实时保存应变数据;
所述力传感器安装在落锤锤头上,当锤头与试样发生相互作用时,力传感器将力信号转换为电信号,该信号传输给电荷放大器,电荷放大器对该信号进行不失真放大后传递给示波器,示波器对力信号数据处理后进行保存;
力信号采集模块采集的数据以电压‑时间的形式储存在示波器中,最后利用公式经过换算,可转换为冲击力、冲击速度、能量和应变随时间、位移的变化规律;
所述图像采集模块包括聚光灯、平面反光镜、高速摄像机和电脑,在试样正下方与地面呈45°角的方向,放置一平面反光镜;在平面反光镜左、右前方各设置一个聚光灯,聚光灯的光线平行于地面并以45°的入射角照射到平面反光镜上,所述高速摄像机设置在聚光灯的正前方,高速摄像机可以拍摄到试样的图像;所述高速摄像机电连接电脑,可以通过电脑查看并保存高速摄像机拍摄的图像。
2.根据权利要求1所述的一种研究冲击载荷下结构动态响应的实验系统,其特征在于:
所述聚光灯的高度低于平面反光镜的高度,聚光灯本体不在平面反光镜的反射范围内。
3.根据权利要求2所述的一种研究冲击载荷下结构动态响应的实验系统,其特征在于:
所述落锤的冲击点、试样的正中心和平面反光镜中央,三者位于同一竖直线上。
4.根据权利要求3所述的一种研究冲击载荷下结构动态响应的实验系统,其特征在于:
所述高速摄像机的镜头位置和平面反光镜的中央位于同一水平线上。
5.一种根据权利要求1所述的研究冲击载荷下结构动态响应的实验系统的应用方法,其特征在于:具体步骤为:(1) 把应变片粘贴在试样表面后,将试样夹持在夹具之间,为避免出现应力集中或划伤试样表面的情况,在试样与夹具的直接接触位置垫附橡胶垫,然后调整夹具的位置,使得锤头的冲击点可以正好落在试样正中心,最后紧固夹具;
连接好各部分仪器,使应变片电连接桥盒,桥盒电连接应变仪,应变仪电连接示波器,同时将锤头底部的力传感器电连接电荷放大器,电荷放大器电连接示波器,示波器选择下降沿触发且触发方式为力触发;
(2)开启高速摄像机,打开聚光灯光源,在样品中心正下方与地面成45°方向放置平面反光镜,调整高速摄像机的高度,使高速摄像机的镜头位置和平面反光镜的中心位于同一水平线上,则试样的实时动态可以反射进高速摄像机镜头,调节镜头焦距,使得电脑中的画面清晰明亮;
(3)将示波器和高速摄像机设置为待触发状态,释放落锤,当落锤冲击到试样表面发出“砰”的一声时,快速按下高速摄像机的触发按钮,力信号实验数据存入示波器,而试样的裂纹演化过程或结构整体的形变过程记录在电脑中;
(4)若冲击试样为夹层玻璃,将冲击完成后的夹层玻璃从夹具取下,把黑色染料倒在上层玻璃板上,接着使用细毛刷将黑色染料涂抹均匀,使得染料能够渗入裂缝,一分钟后用蘸有汽油的无絮棉擦拭玻璃表面,以此去除残留在玻璃表面且未渗入裂缝的染料,待黑色染料干后可以明显看到上层玻璃板的裂纹形态;而对于下层玻璃板,使用与上层玻璃板同样的处理方法,但是需将黑色染料换成白色染料,使用色差较大的黑、白两色染料,可增加上、下层玻璃裂纹的对比度。
6.根据权利要求5所述的一种研究冲击载荷下结构动态响应实验系统的应用方法,其特征在于:所述高速摄像机的触发需人工配合,但高速摄像机经过设置,可记录触发前后各
0.8秒的图像数据。