专利名称：采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法
采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法
(一) 技术领域-
本发明涉及一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，属于 材料力学性能测试领域中的数据处理，以及应用这种方法的材料试验机。
(二)
背景技术：
从二十世纪六、七十年代到二十世纪九十年代中期出现的新式材料试验 机，控制柜常常采用模拟技术，画出的试验曲线初始段往往是一条宽带，不是 一条曲线。造成此现象的原因是数据点前后蹦跳，分布在不同时间的许多个相 同变形值，却对应着许多个不同的载荷值。这种情况，给判断试验曲线初始直 线段，确定弹性模量和比例极限等力学参数造成了很大困难。
到了二十世纪九十年代中后期，新式材料试验机开始采用数字技术，精度 有了明显提高，试验曲线初始段不再出现带状，但是，仍有一些数字式试验机， 不是控制柜性能欠佳，就是引伸计灵敏度不高，因此，试验曲线初始段的变形 值同样存在着前后蹦跳，这些数据也会给应用能量比法进行计算时产生负能量， 给判断试验曲线初始直线段产生不利影响。只要试验曲线初始直线段的两个端 点不能准确确定，弹性模量和比例极限就不能准确确定，同时也不能用平行线 法准确确定非比例伸长应力。
(3)
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种采用数据合并方式获得材料载荷 变形曲线的方法，以消除数据误差过大造成的图形失真现象，降低锯齿状，使 曲线初始段比较光滑，能够准确地反映出力与变形之间的力学性能关系；
本发明的另一个目的是便于应用能量比法来获取初始直线段，从而进一步
精确计算弹性模量和比例极限，以及确定出非比例伸长应力等参数；
本发明的再一个目的是提供一种广泛的载荷变形曲线的处理方法，它不仅 可用于拉伸，也可用于压縮、弯曲、扭转和剪切等试验曲线，只要这些曲线存 在着前后蹦跳着的数据。
通过以下技术方案来实现上述目的 本发明一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，包括以下步骤a、从材料试验机中取出对某一材料进行载荷变形试验时所获得的原始数据，所 述原始数据包括载荷值及对应的变形值;b、将上述原始数据构建于横轴为变形， 纵轴为载荷的坐标系中，形成数据点；c、将变形值Xi相同的数据点分成一组， 求出每组数据点中所有载荷值yi的平均值7，从而合并为新数据点(Xl， 7); d、将新数据点(Xi, 7)在坐标系中显示，从而获得该材料的载荷变形曲线。 其中，在步骤c中算出平均值7之后，还进一步包括是否选择舍去每一 组中离平均值K最远的一个或几个载荷值yi，然后再一次求出该组的平均值，
从而合并为新数据点(Xi， 7)，使曲线更光滑。该舍去的方式有下列几种情况 第一种舍去方法如果某一组中有1一3个数据点时，则不进行舍去；如某
一组中有4一6个数据点时，则舍去离平均值^;最远的一个数据点；如某一组
中有7—9个数据点时，则舍去离平均值7最远的两个数据点；如某一组中有 10—12个数据点时，则舍去离平均值^最远的三个数据点；以此类推。
第二种舍去方法如果某一组中有1一2个数据点时，则不进行舍去；如某 一组中有3 — 4个数据点时，则舍去离平均值7最远的一个数据点；如某一组 中有5—6个数据点时，则舍去离平均值^最远的两个数据点；如某一组中有7 一8个数据点时，则舍去离平均值7最远的三个数据点；以此类推。
第三种舍去方法如果某一组中有1一4个数据点时，则不进行舍去；如某 一组中有5 — 8个数据点时，则舍去离平均值K最远的一个数据点；如某一组
中有9一12个数据点时，则舍去离平均值^;最远的两个数据点；以此类推。
第四种舍去方法如果某一组中有1一5个数据点时，则不进行舍去；如某 一组中有6 —IO个数据点时，则舍去离平均值7最远的一个数据点；如某一组 中有11一15个数据点时，则舍去离平均值^最远的两个数据点；以此类推。
该采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法可用于处理材料拉伸、压 縮、弯曲、扭转以及剪切试验中的变形曲线。
其中，在步骤a中所使用的材料试验机，其包括试验机主体、试验数据采 集处理系统及显示器，该材料试验机在完成材料测试后，试验数据采集处理系 统自动采用上述的方法来获得材料载荷变形曲线，并在显示器中显示。
本发明一种釆用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其优点和功 效是它可以消除数据误差过大造成的图形失真现象，降低锯齿状，使曲线初 始段比较光滑，较为准确地反映出力与变形之间的力学性能关系；从而能够进 一步准确确定初始直线段的两个端点，可进一步精确算出弹性模量和比例极限 等参数。
图1为模拟式试验机测试得到的铸铁-1拉伸曲线； 图2为对图1中数据合并后得到的铸铁-1拉伸曲线； 图3为模拟式试验机测试得到的铜拉伸曲线；
图4为对图3中数据合并后得到的铜拉伸曲线，被合并的数据都发生在曲 线转弯处及以前的初始阶段；
图5为模拟式试验机测试得到的铝棒拉伸曲线；
图6为对图5中数据合并后得到的铝棒拉伸曲线；
图7为画原始数据图的N—S流程图8为用数据合并法获得载荷变形曲线的N—S流程图。 具体实施例方式
本发明一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，包括以下步 骤a、从材料试验机中取出对某一材料进行载荷变形试验时所获得的原始数 据，所述原始数据包括载荷值及对应的变形值；b、将上述原始数据构建于横轴 为变形，纵轴为载荷的坐标系中，形成数据点；c、将变形值Xi相同的数据点 分成一组，求出每组数据点中所有载荷值yi的平均值7，从而合并为新数据点 (Xi, d、将新数据点(Xi， 7)在坐标系中显示，从而获得该材料的载
荷变形曲线。
其中，在步骤c中算出平均值7之后，还进一步包括是否选择舍去每一 组中离平均值K最远的一个或几个载荷值yi，然后再一次求出该组的平均值， 从而合并为新数据点(Xi， 7)，使曲线更光滑。该舍去的方式有下列几种情况:
第一种舍去方法如果某一组中有1一3个数据点时，则不进行舍去；如某 一组中有4一6个数据点时，则舍去离平均值K最远的一个数据点；如某一组 中有7 — 9个数据点时，则舍去离平均值K最远的两个数据点；如某一组中有 10—12个数据点时，则舍去离平均值K最远的三个数据点；以此类推。
第二种舍去方法如果某一组中有1一2个数据点时，则不进行舍去；如某
一组中有3 — 4个数据点时，则舍去离平均值^"最远的一个数据点；如某一组
中有5—6个数据点时，则舍去离平均值7最远的两个数据点；如某一组中有7
一8个数据点时，则舍去离平均值^最远的三个数据点；以此类推。
第三种舍去方法如果某一组中有1一4个数据点时，则不进行舍去；如某 一组中有5—8个数据点时，则舍去离平均值^最远的一个数据点；如某一组 中有9一12个数据点时，则舍去离平均值7最远的两个数据点；以此类推。
第四种舍去方法如果某一组中有1一5个数据点时，则不进行舍去；如某 一组中有6—10个数据点时，则舍去离平均值^最远的一个数据点；如某一组 中有11一15个数据点时，则舍去离平均值K最远的两个数据点；以此类推。该采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法可用于处理材料拉伸、压 縮、弯曲、扭转以及剪切试验中的变形曲线。
下面结合附图对所述方法详细说明如下
其中，在步骤a中所使用的材料试验机，其包括试验机主体、试验数据采
集处理系统及显示器，该材料试验机在完成材料测试后，试验数据采集处理系 统自动采用上述的方法来获得材料载荷变形曲线，并在显示器中显示。材料试
验机通常由试验机主体、试验数据采集处理系统及显示器等部分组成。在图7 中详细示出了画原始数据图的N—S流程图，其具体步骤在此不再详述，最终将 原始载荷变形曲线在显示器上显示出来。
图1所示为模拟式试验机测试得到的铸铁-1拉伸曲线；该曲线是由变形 (extension)及其对应的载荷(load)构成的，在坐标系中共有455个原始数 据点(x,， y》，其中每个数据点的横坐标为变形值Xi，纵坐标为载荷值yi，其 中i为数据点的序号，取值为1一455，并以直线连接按时间前后出现的数据点， 则得到图1中所示的曲线。
下面说明如何用数据合并法来获得精确的载荷变形曲线。图1中对于每一 个变形值来说,将变形值&相同的数据点分成一组，求出每组数据点中所有载 荷值y,的平均值K，将7给Yk， Xi给Xk，即Xk-Xi, Yk-^从而合并为新数据点 (Xk, Yk);将新数据点(Xk， Yk)在坐标系屮显示，从而获得精确的材料载荷 变形曲线。如图1中的变形值x^0.050764mm处，这个变形值共有10个，中间 有几十个按时间先后排列的变形值，有的数值比它大，有的数值比它小。这10 个相同变形值对应着10个不同的载荷值(kN): 9.131246， 9. 153355， 9. 282586， 9. 355817， 9. 390278, 9. 437664, 9. 541049, 9. 584 125,9.614279,9.829665。第一次求出的载荷平均值^ =Yk=9. 432006，在图2 中是合并后的第62个数据点，即k-62。当K从l变到n时，就可以用第一次 数据合并后产生的新数据(Xk，Yk)画载荷变形曲线了。
当用户需要更加精确的载荷变形曲线时，就需要进行第二次数据合并，也 就是舍去每一组中离平均值7最远的一个或几个载荷值yi，然后再一次求出该 组的平均值。将第二次合并后的新数据点按变形先后排队，然后将这些新数据 点构建于横轴为变形，纵轴为载荷的另一坐标系中，并显示该新的载荷变形曲 线。为了选出离平均值最远的数据点，必须计算K组中载荷平均值YK与K组中 载荷yi的距离dk,i， dk， HY「yi|，其中k取值为l至n， n为组数，i等于K组中 Xi的开始序号至Xi的结束序号，根据i.i的大小，按由大到小的方法重新排列K 组中的yi ,依次记为y" ， yk.2……yk,"，其中mk为K组中^的个数。离平均值7最远的数据点记为(xm， y、,)，离平均值7最近的数据点记为
(xk;k ， y,mk)。舍去数据点的方法可以分为每增加1 2个点、1 3个点、l 4个点或1 5个点就舍去一个数据点。对于图1中的载荷变形曲线采用每增加 1 3个点就舍去一个数据点的方法如某一组中有l一3个数据点时，则不进 行舍去；如某一组中有4—6个数据点时，则舍去离平均值7最远的一个数据 点；如某一组中有7 — 9个数据点时，则舍去离平均值7最远的两个数据点；
如某一组中有10—12个数据点时，则舍去离平均值^最远的三个数据点；以
此类推。用公式表示这种方法为当l《mk《3时，Yk= d +…)/ (mk—0)， 此时不舍去yk. 1;当4勉幼时，Yk= (yk,2+…+yJ / (mk—l)，此时舍去 y"当7《mkS9时，Yk= (yk,3+ +yk, k)/(mk—2)，舍去yu， yk.2;当10^nk^l2 时，Yk= (y"H-----hyk, J / (mk—3)，舍去yk. i, yk. 2， y" 3。
上文中这10个上述载荷值离平均值Yk最远的是第10个，第1个和第3个， 距离(力值差)dk.10=0. 397659， (^=0.300760， dk.2=0. 278651，舍去上述10 个力值中的第10个，第1个和第2个，求出余下的7个力值的平均值Yk= 9.457114(kN),将Xi给Xk，就可以用(Xk,Yk)画出第K个数据点了，当K从l 变到n时，就可以画出合并后的数据图了。上面舍去数据点的方式是按每增加 1 3个就舍去1个点，所以mk40 12个时，应该舍去3个点，如此即得到了 图2中所示的铸铁-1拉伸曲线，合并后只有69个数据点。
当采用每增加l一2个数据点就多舍去一个数据点时，如某一组中有l一2 个数据点时，则不进行舍去；如某一组中有3—4个数据点时，则舍去离平均值 ^最远的一个数据点；如某一组中有5—6个数据点时，则舍去离平均值7最 远的两个数据点；如某一组中有7—8个数据点时，则舍去离平均值7最远的 三个数据点；以此类推。
当采用每增加l一4个数据点就多舍去一个数据点时，如某一组中有1—4 个数据点时，则不进行舍去；如某一组中有5—8个数据点时，则舍去离平均值 7最远的一个数据点；如某一组中有9一12个数据点时，则舍去离平均值^最 远的两个数据点；以此类推。
当采用每增加l一5个数据点就多舍去一个数据点时，如某一组中有l一5 个数据点时，则不进行舍去；如某一组中有6—10个数据点时，则舍去离平均 值^最远的一个数据点；如某一组中有11 — 15个数据点时，则舍去离平均值^ 最远的两个数据点；以此类推。
图3为模拟式试验机测试得到的铜拉伸曲线，其中共有914个原始数据点， 图中只显示了前面部分数据。采用本申请中的数据合并法处理后，得到图4中的铜拉伸曲线，合并后只有256个数据点，被合并的数据都发生在曲线转弯 处及以前的初始阶段。
图5为模拟式试验机测试得到的铝棒拉伸曲线，其中共有2270个原始数据 点，图中只显示了前面部分数据。采用数据合并法处理后，得到图6中的铝棒 拉伸曲线，合并后只有997个数据点。
本发明所用的材料试验机以自动方式读取原始数据和画出原始数据图形， 然后将自动合并后的新数据组成的图形显示在另一图形界面。分别显示原始数 据图和新数据图是为了说明数据合并法，但在实际应用时这两幅图是可以重叠 在一起的。
再以拉伸试验为例，结合应用该方法的试验机来详细说明该方法的实施。 先将模拟式试验机或精度欠佳的数字试验机在试验中所得到的数据编上文件 号，用户在计算机可视化界面上点击列表框中的该文件号，程序便自动读取拉 力值和伸长值并进行极值判断，根据极值大小，在自动画出纵横坐标的同时， 自动显示纵坐标上每个刻度的力值(牛顿)和横坐标上每个刻度的伸长值(毫 米)，并给出原始数据图。力值用Load表示，伸长值用Extension表示，如图 l所示。
在计算机屏幕中点击原始数据图下方的数据合并法1按钮，就会显示出第一 次数据合并后的新曲线，选择数据合并法2按钮，就会显示出第二次数据合并 后的新曲线。第二次数据合并又可以选择前面文中所述的四种方法。
对于Xi不断增加，但yi上下波动的屈服阶段曲线区，例如A3 (Q235)钢的拉 伸曲线，合并数据点不能越过上屈服点。因为在屈服区间合并yi会人为地改变
波动的上下峰值。由于屈服区以后Xi的相隔距离增大，最大力值点和破断力值
点不存在多个值，因此也不必合并。 '
对于有滞后环的拉伸曲线，要找出滞后环的上下两端点。左半环的Xi，按由
小到大排列后再合并yt;对右半环的Xi，则要按照由大到小排列后再合并yi。
上列的详细说明是针对本发明的一可行实施例具体说明，惟该实施例并非用 以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施例或变更， 例如，等变化的等效性实施例，均应包含于本案的专利范围内。
权利要求
1.一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其特征在于，它包括以下步骤a、从材料试验机中取出对某一材料进行载荷变形试验时所获得的原始数据，所述原始数据包括载荷值及对应的变形值；b、将上述原始数据构建于横轴为变形、纵轴为载荷的坐标系中，形成数据点；c、将变形值xi相同的数据点分成一组，求出每组数据点中所有载荷值yi的平均值<overscore>yi</overscore>，从而合并为新数据点(xi，<overscore>yi</overscore>)；d、将新数据点(xi，<overscore>yi</overscore>)在坐标系中显示，从而获得该材料的载荷变形曲线。
2. 根据权利要求1所述一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其特征在于在步骤C中算出平均值S之后，还进一步包括是否选择舍去每一组中离平均值K最远的一个或几个载荷值yi，然后再一次求出该组的平均值，从而合并为新数据点(Xi, 7)，使曲线更光滑。
3. 根据权利要求2所述一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其特征在于如果某一组中有1一3个数据点时，则不进行舍去；如果某一 组中有4一6个数据点时，则舍去离平均值^最远的一个数据点；如果某一组 中有7 — 9个数据点时，则舍去离平均值K最远的两个数据点；如果某一组中有10 — 12个数据点时，则舍去离平均值^;最远的三个数据点；以此类推。
4. 根据权利要求2所述一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其特征在于如果某一组中有l一2个数据点时，则不进行舍去；如果某一组中有3—4个数据点时，则舍去离平均值K最远的一个数据点；如果某一组中有5—6个数据点时，则舍去离平均值7最远的两个数据占.<formula>formula see original document page 3</formula>如果某一组中有7—8个数据点时，则舍去离平均值7最远的三个数据点；以此类推。
5. 根据权利要求2所述一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其特征在于如果某一组中有1一4个数据点时，则不进行舍去；如果某一 组中有5 — 8个数据点时，则舍去离平均值K最远的一个数据点；如果某一组中有9一12个数据点时，则舍去离平均值^;最远的两个数据点；以此类推。
6. 根据权利要求2所述一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方 法，其特征在于如果某一组中有1一5个数据点时，则不进行舍去；如果某一 组中有6—10个数据点时，则舍去离平均值7最远的一个数据点；如果某一组 中有11一15个数据点时，则舍去离平均值7最远的两个数据点；以此类推。
7. 根据权利要求l一6中任一所述采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，其特征在于该方法可用于处理材料拉伸、压縮、弯曲、扭转以及 剪切试验中的变形曲线。
8. 根据权利要求1所述一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方 法，其特征在于在步骤a中所使用的材料试验机，其包括试验机主体、试验数据采集处理系统及显示器，该材料试验机在完成材料测试后，试验数据采集 处理系统自动采用上述的方法来获得材料载荷变形曲线，并在显示器中显示。
全文摘要
一种采用数据合并方式获得材料载荷变形曲线的方法，包括以下步骤a.从材料试验机中取出对某一材料进行载荷变形试验时所获得的原始数据，所述原始数据包括载荷值及对应的变形值；b.将上述原始数据构建于横轴为变形，纵轴为载荷的坐标系中，形成数据点；c.将变形值x<sub>i</sub>相同的数据点分成一组，求出每组数据点中所有载荷值y<sub>i</sub>的平均值y<sub>i</sub>，从而合并为新数据点(x<sub>i</sub>，y<sub>i</sub>)；d.将新数据点(x<sub>i</sub>，y<sub>i</sub>)在坐标系中显示，从而获得该材料的载荷变形曲线。
文档编号G06F19/00GK101303281SQ200810103930
公开日2008年11月12日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者易伟中, 昱 林, 帆 黄 申请人:北京联合大学